DAP-seq技術(shù)在水稻氣孔開度調(diào)控機(jī)制研究中的應(yīng)用
植物通過氣孔運動來響應(yīng)環(huán)境的變化。氣孔運動是協(xié)調(diào)光合作用和蒸騰作用的關(guān)鍵生理過程。藍(lán)光和紅光可以影響氣孔運動。藍(lán)光受體介導(dǎo)的藍(lán)光對氣孔運動的調(diào)控機(jī)制已被廣泛研究，但紅光受體光敏色素(phys)介導(dǎo)的氣孔運動調(diào)控途徑尚不清楚。植物光敏色素互作因子(PIF)作為phys的下游蛋白，可以直接與phys相互作用，并作為光反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子。PIF和PIF-like(PIL)蛋白參與植物的生長發(fā)育，作為細(xì)胞信號樞紐協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。然而，PIFs在調(diào)節(jié)氣孔運動的作用機(jī)制還不清楚。
在水稻中，PIF家族基因OsPIL15是否參與了氣孔運動的調(diào)節(jié)？可能的機(jī)制是什么？對OsPIL15的過表達(dá)與敲除突變體的表型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，OsPIL15通過負(fù)調(diào)控氣孔開度來降低葉片的蒸騰速率。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)OsPIL15參與ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。通過DNA親和純化測序(DAP-seq)分析發(fā)現(xiàn)OsABI5是OsPIL15的潛在靶基因，并且OsABI5啟動子區(qū)的PBE-box是OsPIL15的結(jié)合位點。雙熒光素酶(Dual-Luc)報告實驗、電泳遷移測定(EMSA)實驗、OsABI5突變體的表型實驗進(jìn)一步驗證了DAP-seq的結(jié)果。之后，使用酵母雙雜交篩選到OsHHO3是OsPIL15的互作蛋白，并且通過雙分子熒光互補(bǔ)實驗、體外Pull-Down實驗證實了OsHHO3與OsPIL15的相互作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OsHHO3通過與OsPIL15互作，促進(jìn)OsPIL15與OsABI5啟動子區(qū)域的結(jié)合，進(jìn)而增強(qiáng)OsABI5的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)氣孔開度和葉片蒸騰速率。此外，研究還發(fā)現(xiàn)玉米中，與水稻OsPIL15同源的ZmPIF1和ZmPIF3也具有調(diào)節(jié)玉米氣孔開度的功能，這表明PIFs介導(dǎo)的氣孔開度調(diào)控機(jī)制在植物中可能是保守的。
圖1. OsPIL15負(fù)調(diào)控水稻的蒸騰作用
圖2. OsABI5 是OsPIL15的直接靶基因
圖3. OsPIL15 的作用機(jī)制模式圖
本文總結(jié)：
本研究發(fā)現(xiàn)了水稻PIF轉(zhuǎn)錄因子OsPIL15與OsHHO3相互作用促進(jìn)水稻OsABI5的轉(zhuǎn)錄。OsPIL15是調(diào)控ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，通過與OsABI5啟動子的PBE-box基序結(jié)合調(diào)控氣孔開度。此外，與水稻OsPIL15同源的玉米PIF家族基因ZmPIF1和ZmPIF3也負(fù)調(diào)控玉米的氣孔開度，表明PIF介導(dǎo)的氣孔開度調(diào)控機(jī)制在植物中可能是保守的。本研究揭示了PIFs在紅光介導(dǎo)的氣孔開放中發(fā)揮作用的分子機(jī)制，并證明了PIFs可以通過協(xié)調(diào)紅光和ABA信號傳導(dǎo)來調(diào)節(jié)氣孔開度，同時也為作物抗旱育種研究提供了一條新思路。
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