拟南芥转录因子SPL9核定位信号功能研究

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植物幼年向成年阶段转变是一个重要的发育阶段,该过程受保守的微小RNA-miR156及其靶基因SPLs(SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE)调控。SPLs为一类植物特有的转录因子,在植物生长发育、次生代谢产物合成、响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。为了挖掘更多参与miR156-SPLs通路的调控因子,我们利用EMS(ethyl methylsulfonate)诱变方法开展了一系列突变体的筛选工作。其中,我们获得了一份幼年向成年阶段转变延迟突变体,命名为del6(delayed vegetative phase transition mutant 6)。利用图位克隆方法克隆该突变,发现该突变基因编码SPL9蛋白,测序结果表明该突变位于SPL9基因起始密码子ATG下游434位,由G突变为A,造成第145位精氨酸(Arg,R)替换为谷氨酰胺(Gln,Q)。序列分析发现,该突变位于SBP保守的核定位信号区(Nuclear Localization Signal,NLS)。我们利用该突变体开展了一系列研究,主要结果如下:(1)短日照条件下,del6突变体下表皮毛发生叶位为13.73±1.41,与野生型(WT)7.23±0.66叶位相比,其下表皮毛发生显著延迟。同时突变体叶缺刻减少、叶形更圆、叶发生速率更快,表现为幼年向成年阶段转变延迟。(2)图位克隆结果显示:突变基因位于II号染色体16291Kb至19542Kb间,物理距离约3200 Kb。基因组重测序表明候选区间内存在6个突变位点,其中一个突变位于SPL9基因编码区,因此我们将SPL9基因作为突变候选基因。(3)为确定del6突变基因为SPL9,我们将del6与spl9-4杂交进行等位互补测定。表型分析结果显示del6 x spl9-4 F1代植株与del6、spl9-4单突变体表现出相似的幼年向成年阶段转变延迟的缺陷表型。以上结果验证了del6突变基因为SPL9。定量结果表明SPL9的直接靶基因MIR172B在del6突变体中表达下调。(4)del6中R-145-Q突变位于保守的SBP结构域C末端富含碱性氨基酸区域(KRSCRRRLAGHNERRRK),位于SBP结构域第72位氨基酸(SBP R-72-Q)突变。POSRTII预测显示:这些富含碱性氨基酸基序为SPL9转录因子的预测核定位信号NLS。预测结果显示共存在三种不同形式的NLS,即单分型NLS 1、单分型NLS 2和双分型NLS 1,其中del6中突变的第72位R为预测NLS所必需的氨基酸残基。(5)为了确定SBP R-72-Q突变对SPL9转录因子核定位的影响,我们进行了亚细胞定位分析。构建了35S::GFP(对照质粒),35S::GFP-SPL9WT(含WT的SPL9 CDS序列)和35S::GFP-SPL9del6(含del6的SPL9 CDS序列)质粒,瞬时转染拟南芥叶肉原生质体,荧光显微镜下观察GFP-SPLWT和GFP-SPLdel6融合蛋白的细胞定位情况。结果显示:35S::GFP在核质中均有分布;GFP-SPL9WT融合蛋白完全定位于细胞核;GFP-SPL9del6融合蛋白在核质中均有分布,相较于35S::GFP,其在胞质中的分布更多。上述结果表明SPL9转录因子为细胞核定位蛋白,del6中SBP R-72-Q突变导致SPL9转录因子入核异常。(6)为了研究SPL9del6的功能,我们克隆了WT和del6突变体的SPL9基因片段,并遗传转化WT植物获得gSPL9WT和gSPL9del6转基因植株。表型分析结果显示:gSPL9WT转基因植物叶片下表皮毛发生提前、叶缺刻增多、叶片长宽比增加、叶色加深,表现为幼年向成年阶段转变提前;而gSPL9del6转基因植株表型与WT相似。上述转基因验证结果表明:del6中SPL9del6促进幼年向成年阶段转变的功能丧失。综上所述,SBP结构域C末端碱性氨基酸基序为SPL9转录因子的NLS,对于SPL9转录因子入核行使功能至关重要,该NLS突变会使该SPL9转录因子无法行使功能。该发现为今后利用基因编辑方法来编辑不同SPLs转录因子,从而来改良园艺植物相关性状提供重要参考依据。
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