蓝光调控的HB30通过结合DELLA参与赤霉素信号通路的分子机制研究

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光是植物生长发育过程中重要的环境信号。植物通过各种不同的光受体感知不同波长的光。蓝光受体隐花素CRYs(CRYPTOCHROME)抑制下胚轴的伸长进而促进植物光形态建成,而F-box类蓝光受体ZTL(ZEITLUPE)则正调控拟南芥下胚轴伸长。同时,赤霉素作为重要的植物激素之一,也能够调控拟南芥下胚轴伸长。CRYs调控下胚轴伸长的机制已有较多报道,而ZTL调控下胚轴伸长的具体分子机制报道很少,同时蓝光和赤霉素在调控下胚轴伸长中是否存在功能交叉也亟待研究。  我们以CRY1启动子作为诱饵通过酵母单杂交筛选到一个ZFHD(ZINC FINGER HOMEODOMAIN)家族转录因子—HB30(HOMEOBOX PROTEIN30),发现其直接结合CRY1启动子,而且其蛋白受到蓝光特异性稳定。HB30蛋白在蓝光条件下富集,而没有蓝光时则被降解。进一步的研究发现,HB30以不依赖于蓝光的形式与蓝光受体ZTL相互作用,但是ZTL以及CRY1、CRY2并不参与介导蓝光调控HB30蛋白的稳定性。蓝光以尚且未知的机制特异性调控HB30蛋白稳定性。  为了深入解析HB30的功能,我们对其生理表型进行了分析。HB30过表达转基因植株在光下表现出明显的长下胚轴表型,而hb30单突变体没有明显的下胚轴表型。我们通过系统进化分析发现多个ZFHD家族基因——HB23、HB33以及HB34与HB30有较高同源性,这些基因之间可能存在功能冗余。通过遗传杂交,我们获得了HB30,HB23,HB33和HB34功能缺失的四突变体hbQ。在各种光质下hbQ的下胚轴均明显短于野生型,表明HB23,HB30,HB33和HB34(以下简称为HBs)作为正调控因子参与调控拟南芥下胚轴伸长。通过检测HB30过表达转基因植株和hbQ中细胞伸长相关的下游基因的表达水平,我们发现HB30作为转录因子能够直接结合PRE5的启动子并且促进PRE5表达。另外,hbQ除了在光下表现出明显短于野生型的下胚轴表型,其在黑暗中的下胚轴也显著短于野生型。外源施加赤霉素类似物GA3(Gibberellin acid)不能完全恢复hbQ短下胚轴的表型,并且在外源施加赤霉素合成抑制剂PAC(Paclobutrazol)后,hbQ萌发速率明显低于野生型,表明HBs极有可能参与了赤霉素信号通路,并且正调控拟南芥下胚轴伸长以及种子萌发。通过进一步研究我们发现HB30及其高度同源蛋白HB34能够直接结合赤霉素信号通路重要的负调控因子DELLA蛋白。HBs参与赤霉素调控下胚轴伸长以及种子萌发的过程,并且位于DELLA的下游。进一步的EMSA,双分子荧光报告实验(Dual-luciferase)以及染色质免疫共沉淀实验结果显示,DELLA可能通过抑制HB30与下游靶基因PRE5的启动子的结合从而抑制HB30对PRE5的转录激活,进而抑制拟南芥下胚轴伸长。  我们的研究发现了一类新的受到蓝光特异性稳定并参与赤霉素信号通路的转录因子HBs,完善了DELLA参与负调控拟南芥光形态建成的分子机制研究。
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