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TPC|上海交通大学张大兵研究团队利用Y2H等技术揭示生长素响应因子通过调节叶片节次生细胞壁生物合成来控制水稻旗叶角度

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2021-07-15 09:27:47

旗叶角度影响密集生长植物的光合能力,因此是作物结构和产量的重要农艺育种性状。激素生长素在调节这种性状中起关键作用,但潜在的分子和细胞机制仍不清楚。

上海交通大学张大兵研究团队在THE PLANT CELL发表了一篇名为“AUXIN RESPONSE FACTOR 6 and 7 control the flag leaf angle in rice byregulating secondary cell wall biosynthesis of lamina joints ”的文章揭示了生长素响应因子6和7通过调节叶片节次生细胞壁生物合成来控制水稻旗叶角度。


在这里,我们报告了两种水稻 ( Oryza sativa ) 生长素响应因子 (ARF),OsARF6 和 OsARF17,它们在叶片关节组织中高度表达,它们响应生长素控制旗叶角度。功能双丧失osarf6 osarf17突变体显示叶片关节厚壁细胞 (Sc) 的次生细胞壁水平降低,导致旗叶角度增大,在密集种植条件下谷物产量降低。机械测量表明突变体叶片关节组织太弱,无法支撑旗叶叶片的重量,类似于水稻增加叶角1 ( ila1 ) 突变体的表型。


我们证明 OsARF6 和 OsARF17独立和协同地直接与ILA1启动子结合以激活其表达。此外,生长素诱导的ILA1表达依赖于 OsARF6 和 OsARF17。总的来说,我们的研究揭示了一种将生长素信号传导与次生细胞壁组成相结合以确定旗叶角度的机制,为水稻和其他潜在谷物的这一关键性状提供育种目标。

图2。OsARF6和OsARF17都调节旗叶角度

酵母双杂交(Y2H)筛选显示,OsARF6可以与OsARF17相互作用(图2A),后者是OsARF6最接近的同源物(申等人,2010年)。这两种蛋白质的体内相互作用通过在底栖动物叶中的免疫共沉淀(co-IP)和双分子荧光互补(BiFC)分析得到证实(图2B至2K)。转基因产品17:GUS报告品系得到确认OsARF17在旗叶叶片连接的远轴和近轴区域也有高表达(图2L至2N;),类似于OsARF6。这些数据表明OsARF17可能与OsARF6一起调节旗叶角度。


OsARF6和OsARF17可能是生长素信号通路的两个核心成分。为了测试这些ARF是否对生长素有反应来调节旗叶角度,我们将NAA应用于WT和dm旗叶叶片连接处。dm植株对外源NAA的反应不如WT强烈(图2T和2U),表明生长素通过OsARF6和OsARF17调节旗叶角度。值得注意的是,与WT的旗叶角度相比,OsARF6或OsARF17的过表达没有导致显著差异(补充图S5D至S5G)。我们推测,在我们的研究中使用的WT中已经很窄的角度,即ZH11,可能不会由于ARF的作用而进一步减小。

图5  OsARF6和OsARF17直接共调控ILA1的表达

为了证实这些结论,我们使用抗绿色荧光蛋白标记的OsARF6和OsARF17蛋白的绿色荧光蛋白抗体进行染色质免疫沉淀-定量聚合酶链反应(ChIP-qPCR)(补充图S2D)。用于扩增的片段包括CF(仅在P1存在,带有4个辅助RE-L基序);CF1(出现在P3,2个辅助RE-L图案);和CF2(存在于P4,仅包含一个辅助稀土元素和两个辅助稀土元素)(图5A)。在CF1和CF2片段中分别检测到OsARF6和OsARF17的富集(图5C和5D),表明这两种ARF蛋白可以在体内物理结合ILA1启动子的这些区域。我们进行了电泳迁移率偏移分析(EMSA)来验证OsARF6和OsARF17与ILA1启动子的这些区域之间的相互作用。设计了两种探针(M1和M2),分别与CF1片段中的辅助环-1基序和CF2片段中的辅助环基序结合(图5A)。我们的结果表明,OsARF6和OsARF17在体外直接与M1和M2探针相互作用(图5E和5F)。这些结果表明,ILA1启动子的区域可以在体内和体外被OsARF6和OsARF17直接结合,以激活下游基因转录。

图6F  一个关于OsARF6和OsARF17如何维持椎板关节机械强度的模型

总之,我们证明了两种生长素调节的转录因子,OsARF6和OsARF17,通过增强机械组织来调节剑叶角度,以确保密集种植水稻的剑叶直立和高产量。此外,我们的工作确定了一种调控机制,通过这种机制,OsARF6和OsARF17直接激活ILA1表达来调节旗叶角度(图6F)。我们的研究通过微调叶片连接处的次生细胞壁生物合成来培育具有直立旗叶的新品系,从而为旗叶角度的调节提供了新的途径。


文献链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koab175



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