DAP-seq技術(shù)在ScAIL1靶向調(diào)控DELLA參與GA和JA信號通路的應(yīng)用

2022年8月20日，廣西大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室和廣西甘蔗生物學(xué)重點實驗室的最新研究成果，在知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany上發(fā)表，文章題目為 “ScAIL1 modulates plant defense responses by targeting DELLA and regulating GA and JA signaling”。該期刊的影響因子為7.298。該研究使用DAP-seq技術(shù)鑒定了甘蔗ScAIL1轉(zhuǎn)錄因子靶向ScGAI啟動子區(qū)域的結(jié)合基序，進(jìn)一步研究表明，ScAIL1通過靶向DELLA調(diào)控JA合成和GA失活來平衡植物生長和防御反應(yīng)。

現(xiàn)代甘蔗是一種復(fù)雜的多倍體植物。DELLA是GA信號通路的抑制因子，通過與多種植物激素協(xié)同來調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育和防御反應(yīng)。甘蔗ScGAI編碼一種調(diào)節(jié)莖稈發(fā)育的DELLA蛋白。甘蔗DELLA蛋白由位于chr1B和chr1C上ScGAI基因的兩個等位基因編碼。然而，ScGAI等位基因的啟動子是否相同，以及哪些轉(zhuǎn)錄因子通過與ScGAI啟動子結(jié)合介導(dǎo)ScGAI的轉(zhuǎn)錄尚不清楚。
該研究通過序列分析發(fā)現(xiàn)ScGAI等位基因在不同染色體上的轉(zhuǎn)錄受不同啟動子序列的調(diào)控，基序分析和GUS活性測定進(jìn)一步證明不同的啟動子序列，其結(jié)合基序和轉(zhuǎn)錄活性也不同。隨后，采用酵母單雜交技術(shù)篩選到25個與ScGAI啟動子結(jié)合的潛在轉(zhuǎn)錄因子，并鎖定ScAIL1結(jié)合蛋白。ScAIL1是一個核定位的AP2家族轉(zhuǎn)錄因子。然后，酵母雜交、凝膠遷移率檢測、DAP-seq分析結(jié)果表明ScAIL1通過直接與ScGAI的兩個啟動子結(jié)合來調(diào)控ScGAI的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)染甘蔗原生質(zhì)體的實驗表明ScAIL1抑制了ScGAI的轉(zhuǎn)錄，這與雙熒光素酶活性測定結(jié)果一致。進(jìn)一步通過BiFC，Co-IP和GST Pull Down實驗證明ScAIL1能夠與自身相互作用，因此ScAIL1可能是以二聚體的形式參與ScGAI轉(zhuǎn)錄過程的抑制。多種脅迫處理下，ScAIL1表達(dá)上調(diào)、GA信號增強(qiáng)、JA信號下降，這表明了ScAIL1調(diào)控ScGAI轉(zhuǎn)錄的潛在功能可能與植物的防御反應(yīng)有關(guān)。為更好地了解ScAIL1參與植物防御反應(yīng)的分子機(jī)制，研究人員構(gòu)建了過表達(dá)ScAIL1的水稻。ScAIL1的過表達(dá)顯著提高了水稻對細(xì)菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，同時阻礙了生長和發(fā)育。此外，在過表達(dá)ScAIL1的水稻中，與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因顯著上調(diào)。內(nèi)源性植物激素含量和基因表達(dá)分析進(jìn)一步表明，ScAIL1過表達(dá)增強(qiáng)了水稻對細(xì)菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，而不是促進(jìn)生長，并且這種反應(yīng)與JA合成和GA失活作用有關(guān)。這些結(jié)果為證明ScAIL1在植物防御反應(yīng)中的作用與JA和GA信號傳導(dǎo)有關(guān)提供了分子證據(jù)。

 

ScAIL1定位于細(xì)胞核，并且直接靶向ScGAI啟動子，F為DAP-seq分析鑒定的2個結(jié)合基序

ScAIL1調(diào)控JA合成和GA失活來平衡植物生長和防御反應(yīng)的分子機(jī)制模式圖

 

綜上所述，該研究表明了甘蔗ScGAI的轉(zhuǎn)錄受兩個不同的啟動子調(diào)控，而ScGAI的轉(zhuǎn)錄被AP2家族轉(zhuǎn)錄因子ScAIL1抑制。ScAIL1是植物防御反應(yīng)的正調(diào)控因子，ScAIL1通過負(fù)調(diào)控DELLA、增加JA合成和誘導(dǎo)GA失活來介導(dǎo)植物的防御反應(yīng)。該研究揭示了ScAIL1通過調(diào)控GA和JA信號通路參與植物防御反應(yīng)的新機(jī)制，也為復(fù)雜多倍體作物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究提供了一個新視角。

 

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