论文部分内容阅读
植物地上部分的形态建成对于光能的吸收和利用至关重要，而分枝发育是地上部分株型建成的重要因素，因此研究植物分枝发育的分子机制将为提高植物光能利用效率、增加农作物产量提供重要的理论基础。生长素是第一种被发现调控植物分枝的激素，高浓度的生长素能够抑制侧芽的伸长从而使植物呈现出顶端优势，细胞分裂素的作用与生长素相反，它能够促进植物侧芽的伸长。独脚金内酯是一种新近被确定的植物激素，能够抑制侧芽伸长进而调控分枝数目，同时参与植物株高、叶片形态、根部形态建成等生长发育过程以及植物对环境的适应。目前的研究发现，独脚金内酯的合成起始于β胡萝卜素，β胡萝卜素经过β-胡萝卜素异构酶、类胡萝卜素双加氧酶7、类胡萝卜素双加氧酶8、细胞色素氧化酶P450以及氧化还原酶的催化生成的独脚金内酯类分子。DWARF14(D14)是细胞内独脚金内酯的受体，能够催化独脚金内酯发生水解并与独脚金内酯的活性中间体发生共价结合，引起构象变化，与F-box蛋白DWARF3/MORE AXILLARY BRANCHES2(D3/MAX2)形成复合体进而降解底物蛋白。 水稻dwarf53(d53)是经典的矮生多分蘖突变体，由D53基因发生显性突变产生的功能获得性突变体，呈现独脚金内酯处理不敏感表型。在独脚金内酯或其人工合成类似物rac-G R24的诱导下，D53发生快速的泛素化修饰和降解，并且该泛素化和降解过程依赖于内源活性形式的D14和D3。在植物体内，rac-GR24诱导D14与D53、D14与D3互作。D53中包含三个Ethylene-responsive element binding factor-associatedAmphiphilic Repression(EAR)基序，能够与TOPLESS RELATED PROTEINs(TPRs)发生互作，推测D53作为独脚金内酯信号途径的抑制蛋白通过与TOPLESS/TOPLESSRELATED PROTEINs(TPL/TPRs)共抑制子互作，抑制下游基因的表达。但是在植物独脚金内酯信号转导过程中，D53及其同源蛋白是否具有转录调控活性尚不清楚，它们抑制独脚金内酯早期响应基因表达的分子机制有待深入研究。 拟南芥中存在三个D53的高度同源的基因，分别是SUPPRESSOR OFMOREAXILLARY GROWTH2-LIKE6(SMXL6)、SMXL7和SMXL8，我们将其命名为D53-Like SMXLs。smxl6/7/8三突变体能够抑制独脚金内酯合成缺陷突变体moreaxillary branches3(max3)与独脚金内酯信号缺陷突变体max2多分枝和叶片变圆的表型，然而smxl6/7/8不能恢复max2下胚轴伸长的表型。rac-GR24处理诱导SMXL6/7/8发生快速的泛素化修饰和降解，同时诱导D14与SMXL6、D14与MAX2在植物体内互作。SMXL6D编码受rac-GR24诱导降解显著减慢的功能获得性突变蛋白，过表达SMXL6D的转基因植株呈现多分枝的表型以及对rac-GR24处理的敏感性降低。 进一步研究发现，SMXL6/7/8含有EAR基序，能与TPR2在植物体内互作并且发挥转录抑制功能，SMXL6/7/8与TPR2的互作和转录抑制活性依赖于EAR基序，EAR基序缺失导致SMXL6不能够互补smxl6/7/8突变体的表型。Branched1(BRC1)是拟南芥中独脚金内酯的早期响应基因，其表达量在max2和max3中显著降低，在smxl6/7/8中显著升高，BRC1启动子的转录活性受到SMXL6/7/8的抑制。进一步通过筛选拟南芥转录因子的酵母文库发现D53-LikeSMXL6/7/8 Interaction TranscriptionFactor1(DSIF1)与SMXL6/7/8在体外和体内互作，DSIF1具有转录激活活性，而SMXL6/7/8能够抑制DSIF1的转录激活活性。过量表达DSIF1造成拟南芥分枝数目降低以及BRC1表达量的升高，而过量表达DSIF1-SRDX（编码具有转录抑制活性的融合蛋白）能够显著提高拟南芥的分枝数目。综上所述，D53-Like SMXLs可能通过与DSIF1、TPR2互作行使转录抑制功能，抑制BRC1等独脚金内酯早期响应基因的表达进而调控分枝发育。