拟南芥休眠种子中的AtSdr4L基因通过调节赤霉素途径调节休眠和萌发

英文标题:Arabidopsis thaliana SEED DORMANCY 4-LIKE regulates dormancy and germination by mediating the gibberellin pathway

中文标题:拟南芥休眠种子中的AtSdr4L基因通过调节赤霉素途径调节休眠和萌发

文章作者:刘永秀研究组

发表单位:中国科学院植物研究所

期刊:Journal of Experimental Botany

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研究背景:

研究种子休眠和萌发的调控机理对于植物生存和农业生产具有重要的理论意义。种子休眠属于数量性状,受环境因素和遗传因子的共同调控。拟南芥DOG1DELAY OF GERMINATION 1)基因是控制种子休眠数量性状位点(QTL)的主效基因,DOG1功能缺失突变体的种子休眠彻底丧失,并且DOG1相关蛋白在其它植物中具有功能保守性,DOG1是促进植物种子休眠的特异性关键因子。鉴定与DOG1功能相关的新成员并解析其作用机理将会进一步完善种子休眠萌发的分子调控网络。

名词解释:DOG1基因(Delay Of Germination 1)是调控种子休眠水平的特异相关基因,在高度休眠的拟南芥Cvi种群中首次发现,。在表达特性方面,DOG1基因通常在发育或成熟的种子中开始表达,表达水平与植物的休眠程度高度相关,表达水平越高,种子休眠程度越深

研究内容:

中国科学院植物研究所刘永秀研究组通过STRING网站(https://string-db.org/)预测,发现一个未知功能的蛋白与DOG1具有较高的相关性,该蛋白的编码基因被命名为AtSdr4LArabidopsis thaliana Seed dormancy 4-Like)。研究发现:

1:AtSdr4L基因在拟南芥种子中特异表达,

AtSdr4L基因在拟南芥种子中特异表达

GUS组织化学染色显示AtSdr4L在AtSdr4L promoter::GUS转基因植物中的启动子活性{(B) 胚,(C)胚乳,(D)胚吸24小时,(E)2-D龄苗,(F)10-D龄苗,(G)花序;}

2、编码蛋白定位于细胞核

 

编码蛋白定位于细胞核

AtSdr4L在拟南芥原生质体中的核定位。由35S启动子驱动的GFP(CK)或AtSdr4L-GFP融合与核标记组蛋白H2B-RFP瞬时共表达。

3功能缺失突变体atsdr4l种子休眠明显加深,AtSdr4L是种子休眠的特异性负调控因子。

功能缺失突变体atsdr4l种子休眠明显加深

qRT-PCR法分析种子成熟期(授粉后12-18d)、新鲜收获的干种子(DS)条件下野生型(Col-0)种子、Atsdr4l-1和Atsdr4l-2突变体中DOG1的表达。显示Atsdr4l突变体中DOG1的表达比Col-0高很多,而且前人已经研究表明DOG1表达越高,休眠越深,因此功能缺失突变体atsdr4l种子休眠明显加深,AtSdr4L是种子休眠的特异性负调控因子。AtSdr4LDOG1的遗传上位基因(epistatic gene)

4、进一步研究发现,休眠的atsdr4l种子对赤霉素(GA)处理不敏感,后熟的atsdr4l种子萌发对GA合成抑制剂多效唑(PAC)超敏感,

休眠的atsdr4l种子对赤霉素(GA)处理不敏感

图示: atsdr4l种子休眠加深且对GA处理不敏感与野生型相比,新收获的atsdr4l种子休眠明显加深,且GA处理不能打破其休眠。

休眠的atsdr4l种子赤霉素(GA)含量

Atsdr4l突变体中GA含量低,特别是GA4和GA7相比Col-0表示显著差异,因此下一步作者选用GA4和GA7作为外源激素喷施。

后熟的atsdr4l种子萌发对GA合成抑制剂多效唑(PAC)超敏感,外源喷施PAC,种子萌发抑制更明显,再补施GA4+7,萌发有所恢复。

后熟的atsdr4l种子萌发对GA合成抑制剂多效唑(PAC)超敏感,外源喷施PAC,种子萌发抑制明显,再补施GA4+7,萌发有所恢复。

综上:这些结果暗示AtSdr4L通过介导GA途径调控种子的休眠与萌发。遗传研究同时也发现,atsdr4l能够完全抑制dog1的休眠缺失表型,AtSdr4LDOG1的遗传上位基因(epistatic gene)。因此推测AtSdr4L是GA途径和DOG1途径调控种子休眠萌发的重要结点。关于AtSdr4L的生化功能及其调控种子休眠和萌发的分子机理还在进一步研究中。


 

拟南芥休眠种子中的AtSdr4L基因通过调节赤霉素途径调节休眠和萌发
研究种子休眠和萌发的调控机理对于植物生存和农业生产具有重要的理论意义。种子休眠属于数量性状,受环境因素和遗传因子的共同调控。研究结果暗示AtSdr4L通过介导GA途径调控种子的休眠与萌发。因此推测AtSdr4L是GA途径和DOG1途径调控种子休眠萌发的
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