拟南芥转录因子VOZ1和VOZ2调控光诱导种子萌发的分子机理研究

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种子萌发受到光调控,光敏色素(Phytochrome, Phy)是调控种子萌发最相关的光受体之一,介导红光(red light, R)和远红光(far-red light, FR)诱导种子萌发,但是其作用机制尚不完全清楚。本研究以voz1voz2双突变体为材料,开展研究Vascularplantone-zincfinger1(VOZ1)和VOZ2在光诱导种子萌发中的功能和调控机制,取得了以下研究结果:
  (1)将未春化处理的野生型Col和voz1voz2突变体种子进行Dark、PhyB-off、PhyB-on条件处理。结果发现,在PhyB-off条件下,voz1voz2突变体的萌发率高于野生型,并且voz1voz2突变种子的萌发速度比野生型种子快,然而voz1-1和voz2-1单突变体无明显萌发表型。在Dark和PhyB-on条件下,voz1voz2的萌发率与野生型相似,均接近100%。这些结果表明,VOZs在PhyB介导的种子萌发中起负调控作用,并表现出功能冗余。同时,发现VOZ1和VOZ2过表达种子在PhyB-off或是PhyB-on条件下均无萌发表型,这可能是由于VOZs需要与其他相关蛋白共同作用才能发挥其功能。
  (2)采用定量PCR(qRT-PCR)检测分析,发现VOZ1和VOZ2的表达量在种子吸胀过程中越来越少,48小时后几乎没有表达。并且红光照射(PhyB-on)下野生型种子中VOZ1和VOZ2的表达下调,而phyB突变体种子中VOZ1和VOZ2基因的表达水平上调。这些结果表明,在种子吸胀过程中,PhyB介导光抑制VOZ1和VOZ2的转录水平。
  (3 )采用qRT-PCR分析了VOZs与光诱导种子萌发负调控因子PIF1(Phytochrome-interacting factor 1)之间的转录调控关系,发现在PhyB-off条件下,与野生型Col种子相比,pif1突变体种子中VOZ1和VOZ2基因的表达水平显著下调,但voz1voz2突变体种子中PIF1基因的表达则无显著差异。这表明VOZ1和VOZ2可能在PIF1的下游调控PhyB介导的种子萌发。
  (4)采用qRT-PCR检测了voz1voz2突变体种子中GA代谢基因(GA3ox1,GA3ox2和GA2ox2)、DELLA基因(RGA和GAI)和ABA代谢基因(ABA1、NCED6、NCED9和CYP707A2)的表达,发现红光照射(PhyB-on)和voz1voz2突变导致种子萌发过程中GA生物合成基因GA3ox1表达水平增加,但DELLA基因和ABA代谢基因的转录水平则无明显变化。这表明,种子萌发过程中,VOZs负调控GA3ox1基因的表达。
  (5)通过染色质免疫共沉淀实验(ChIP)和凝胶迁移滞缓实验(EMSA),发现VOZ2能够与GA3ox1基因启动子上的两个位点(GA3ox1-A:GCGTTAATCTTAAGG;GA3ox1-B:GTGTAGTTTTAACGC)结合。这表明VOZ2能够在体内和体外与GA3ox1基因的启动子结合。
  综上所述,VOZ1和VOZ2可能通过直接调节GA3ox1基因的表达,在PhyB介导的光诱导种子萌发途径中发挥负调控作用,为进一步阐明光和GA介导的植物种子萌发调控机制提供了新线索。
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