水稻中油菜素内酯信号相关基因的研究

【作者】 白名义； 王丽； 王珍； 王雷； 王志勇； 种康；

【机构】 中国科学院植物研究所；

【摘要】 胞外油菜素内酯结合细胞膜上的受体 BRI1,激活的 BRI1与 BAK1结合,抑制 BIN2的活性或激活 BSU1的活性,导致 BZR1的去磷酸化,使之定位在细胞核中,结合在油菜素内酯应答基因的启动子上,调控这些基因的表达。当 BIN2处于活性状态时,BZR1被磷酸化,导致不能与 DNA 结合。磷酸化的 BZR1被泛素化后经蛋白酶体系统被降解。我们利用水稻为材料分析了油菜素内酯的信号转导和合成的调控等工作。通过从水稻基因组文库中搜索出与 BZR1最高的同源基因 OsBZR1,利用超表达和 RNAi 技术研究转基因水稻中 BR 信号改变。结果显示 OsBZR1 表达降低时,植株矮小、叶片直立,对油菜素内酯信号的反应减弱:利用点突变的办法增加 OsBZR1蛋白在胞内的积累量(即类似 bzr1-1D),会导致水稻叶夹角变大等表型,而且 OsBZR1 蛋白在拟南芥中的积累出现类似 bzr1-1D 的表型、恢复 bri1-5的表型。这些实验结果表明 OsBZR1是 BZR1的同源基因,与 BZR1有相似功能。进一步采用酵母双杂交,筛选到水稻中与 OsBZR1互作的14-3-3蛋白。14-3-3蛋白与磷酸化的 OsBZR1结合,使得 OsBZR1滞留在细胞质中从而抑制了 OsBZR1的功能,当 BR 存在时可诱导 OsBZR1去磷酸化,失去与14-3-3蛋白的结合能力,从而增加核内的分布,增强 OsBZR1的活性。为了分析 GA 途径和 BR 途径之间的关系,我们采用水稻 cDNA 微阵列筛选到受 GA 诱导的基因 OsGSR1(GA-stimulated transcript),该基因的表达受 BR 的抑制。转 OsGSR1 RNAi 的水稻表现出 BR 缺失的一些表型, 例如矮化、初生根缩、短育性降低等;外源施加 BR 可以恢复这些表型的缺陷。酵母双杂交实验证明 OsGSR1可以与 OsDWF1互作,DWF1催化24-亚甲基胆固醇(24-methylenecholesterol) 到油菜甾醇(campesterol)之间的反应,对转 OsGSR1 RNAi 幼苗中这两个合成中间物的测定结果显示,24-亚甲基胆固醇在植株中含量增加约三倍,而产物油菜甾醇的含量降低到野生型的1/4。这些结果说明 OsGSR1对于 DWF1的正常催化活性是必须的,它可以在转录后水平调控 BR 的合成。另外在转 OsGSR1 RNAi 的水稻材料对外源 GA 的敏感性下降,而且受 GA 信号抑制的 OsGA20ox2基因的表达也得到增强,说明由于 OsGSR1的表达降低削弱了 GA 信号。这些实验证实 OsGSR1作为 GA 信号的正调控因子参与 BR 的合成调控。植物中的异三聚 G 蛋白参与多个信号的转导过程,为此我们选取水稻幼苗的主根长度、叶片夹角和胚芽鞘的长度为指标, 以水稻 RGA(rice heterotrimeric G protein a subunit)的无效突变体 d1为材料,初步分析了水稻中 RGA 与 BR 信号之间的关系。实验结果显示,在不同浓度 BR 存在下 d1突变体都表现出对外源施加 BR 应答减弱的表型,在野生型中 RGA 的转录受 BR 的抑制。说明水稻异三聚 G 蛋白参与油菜素内酯信号过程。更多还原