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叶绿素是高等植物生长发育所必需的一类色素分子,通常与蛋白结合形成稳定的复合体,具有吸收光能以及将光能传递到光系统反应中心和作为电子供体的重要功能。另外,由于游离的叶绿素及其中间产物是强的光敏剂,在光下很容易产生活性氧,造成光氧化损伤。因此,植物叶绿素的合成受到非常严格的调控。 Scarecrow-like(SCL)6/22/27是microRNA(miR)171的靶基因,属于植物所特有的一类GRAS(GAI,RGA,SCR)转录因子。之前的研究表明miR171-SCLs可以调节植物生长发育的很多过程,例如,分枝、开花、根的伸长以及叶绿素合成,但是作用机理还不清楚。 为了研究SCLs调控叶绿素合成的分子机理,我们首先用定量PCR(qPCR)的方法检测了野生型、scls突变体以及SCL过表达植株中叶绿素合成途径中几个关键酶基因的表达,经过分析发现原叶绿素酸酯氧化还原酶C(Pchlideoxidoreductase C,PORC)可能是SCL27的一个靶基因。地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导SCL27进入细胞核后,可以抑制PORC基因的表达,烟草瞬时转化实验证明SCL27直接影响PORC基因的表达。染色质免疫共沉淀(ChIP)和凝胶迁移实验(EMSA)结果也表明SCL27可以直接结合到PORC的启动子上,并且PORC启动子上的GT元件G(A/G)(A/T) AA(A/T)对于SCL27结合到PORC启动子上发挥重要作用。 进一步研究发现SCLs与同一家族的转录因子DELLA蛋白互作,参与赤霉素(Gibberellic acid,GA)信号转导途径调控叶绿素的合成。遗传数据表明SCLs相对于DELLAs呈现上位效应。酵母双杂交、双分子荧光互补实验(BiFC)以及免疫共沉淀(Co-IP)的结果均表明DELLA与SCLs之间直接互作,从而导致SCL结合DNA的亲和力下降。通过对转基因植物pSCL27∷rSCL27-GUS的GUS活性分析,发现SCL27-GUS融合蛋白开始整张叶片都有分布,然后从项部向基部逐渐减弱,并且其含量的多少与细胞分裂和扩张的趋势是一致的。所以,我们推测SCL27和DELLA的互作可能参与到协调细胞生长与叶绿素合成的关系。 此外,SCLs还正反馈调节miR171的表达,维持miR171的水平稳定。这些结果表明miR171靶向的SCL与DELLA形成的模块在调节叶绿素合成的过程中发挥着重要作用。