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New Phytologist|福建农林大学研究人员利用BIFC等技术发现通过促进花梗伸长调节花絮结构新途径

花序结构严重影响植物的繁殖成功和农作物产量,它反映了花序分生组织和花梗长度的活性。在拟南芥中,ERECTA(ER)信号通路和SWR1染色质重塑复合物通过促进PACBUBUTRAZOL RESISTANCE(PRE)基因家族的表达共同调节花序结构。但是,PRE如何调节花序结构尚不清楚。

近日,福建农林大学农学院科研人员在期刊New Phytologist(IF:8.512)|在线发表了题为HBI1 acts downstream of ERECTA and SWR1 in regulating inflorescence architecture through the activation of the brassinosteroid and auxin signaling pathways的研究论文,该研究发现HBI1在SWR1和ER途径中PRE的下游起作用,以通过促进花梗伸长来调节花序结构,由SWR1和ER调控的花序结构涉及HBI1调节中心及其对BR和生长素激素途径的激活。

 

文章来源

为了确定HBI1是否也在PREs和ARP6和ER–MPK6通路的下游作用,首先进行了qRT-PCR,比较了WT、ARP6、ER-119、ARP6 ER-119、pre-amiR 【通过人工microRNA敲除PRE1/2/5/6】中HBI1转录水平。与WT和arp6相比,er-119和pre-amiR中的HBI1水平显著降低,arp6 er-119和er-119 pre-amiR中的水平甚至进一步降低。接下来,构建了pHBI1:GUS结构,其中HBI1启动子与GUS融合,在WT背景下检测其在花芽和附着的发育花梗中的表达。定量表型分析和花梗组织纵向切片显示,与er-119相比,er-119、HBI1-OX、er-119 mpk6 HBI1-OX和arp6 er-119 HBI1-OX的花梗皮层细胞数和花梗表皮细胞长度显著增加。因此,HBI1是在ARP6和ER–MPK6通路下游发挥作用的参与者之一,通过促进花梗皮层的细胞增殖和花梗表皮的细胞伸长来控制花序结构。


图1:完全开放花的成熟花梗的纵切面

图1:完全开放花的成熟花梗的纵切面

 

pCYP85A2:gus的表达模式分析显示,与WT相比,其在arp6er-119花蕾和所附发育花梗中的表达水平降低。为了验证CYP85A2是否参与了ER- MPK6依赖的花序结构调控,我们将没有明显花序缺陷的CYP85A2突变体与ER-119、MPK6和ER-119MPK6杂交。丛生花序表型在mpk6 cyp85a2中略有增强,在er-119 cyp85a2和er-119 mpk6 cyp85a2中显著增强。

图2:pCYP85A2:GUS在花芽中的表达模式

图2:pCYP85A2:GUS在花芽中的表达模式

ARF3在生长素调节途径中发挥作用,并在营养发育和生殖发育中发挥关键作用。ARF3的qRT-PCR分析显示在arp6 er-119、re-amiR和er-119前amiR突变体中显著降低,但在ARF3突变株中HBI1和PRE1的表达不受影响。定量表型分析和花梗组织的纵向切片显示,与WT、arf3和pre-amiR相比,arf3-pre-amiR的花梗长度和花梗皮层细胞个数量明显减少。使用酵母双杂交和BiFC系统对HBI1和ARF3之间的蛋白质相互作用进行了分析,发现HBI1与ARF3在酵母和烟草中相互作用。这些结果表明,ARF3作用于ARP6和ER-MPK6通路中PRE1-HBI1模块的下游,BR和生长素383信号通路之间的串扰似乎与调节花序结构有关。

图3;BiFC法研究烟草中HBI1与ARF3的相互作用

图3; BiFC法研究烟草中HBI1与ARF3的相互作用

 

HBI1是一种典型的DNA结合bHLH蛋白,对细胞的伸长有正向调节作用,而对植物免疫功能有负调节作用,HBI1受PREs的正调控,它与IBH1相互作用,阻止其对HBI1的抑制。目前的研究结果表明,PRE1-HBI1在ARP6和ER-MPK6通路的下游通过促进花梗伸长来调节花序的结构。PRE1-HBI1通过促进花梗表皮层的细胞伸长来积极调节花梗生长。此外,PRE1-HBI1模块还调控花梗皮层细胞的增殖。这些数据表明,HBI1是一种中枢调节因子,通过影响细胞对内部发育信号的反应来控制器官生长。

 

参考文献:

【1】Aslam M, Fakher B, Jakada BH, Cao S, Qin Y . 2019. SWR1 Chromatin Remodeling

Complex: A Key Transcriptional Regulator in Plants. Cells 8(12): cells8121621.

【2】Bai MY , Fan M, Oh E, Wang ZY . 2012. A triple helix-loop-helix/basic helix-loop-helix 

cascade controls cell elongation downstream of multiple hormonal and  environmental signaling pathways in Arabidopsis. Plant Cell 24(12): 4917-4929.

【3】Cai H, Zhao L, Wang L, Zhang M, Su Z, Cheng Y , Zhao H, Qin Y . 2017. ERECTA signaling

controls Arabidopsis inflorescence architecture through chromatin-mediated activation of PRE1 expression. New Phytol 214(4): 1579-1596.


文献链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.16840


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