JXB | 广西大学张木清/姚伟研究团队发现新的转录因子ScAIL1通过调节JA合成与GA失活平衡植物生长与防御

植物的生长和防御受到复杂的遗传与植物激素网络调节。平衡植物生长与防御的赤霉素（GA）与茉莉酸（JA）信号通常与DELLA和JAZ蛋白相关。GA介导的DELLA降解导致JAZ释放，以抑制JA介导的植物防御；而JA既能促进JAZ降解，激活MYV2介导的植物防御，又可以促进DELLA积累抑制生长。植物激素信号调控网络是如此复杂多变，依然令人着迷。

2022年8月20日，广西大学农学院甘蔗生物学重点实验室/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室张木清/姚伟研究团队在Journal of Experimental Botany在线发表了题为“ScAIL1 modulates plant defense responses by targeting DELLA and regulating GA and JA signaling”的研究论文，该研究发现了一个甘蔗新的AP2家族转录因子ScAIL1，通过靶向DELLA调节JA与GA合成，平衡植物生长与防御。

课题组前期研究发现甘蔗ScGAI编码一种调控茎发育的DELLA蛋白，但是仍不清楚哪些转录因子介导了ScGAI的转录。于是作者克隆了ScGAI上游的启动子区域，发现不同染色体上存在两种不同长度的启动子（pScGAI-1和pScGAI-2），并通过GUS染色分析启动子活性，发现在甘蔗愈伤组织中两种启动子都有微弱的转录活性，且不同长度的两种启动子活性存在差异，pScGAI-2b缺失的区域包含许多调控ScGAI 转录的转录因子结合位点（图1）。

于是作者利用启动子区域作为诱饵，利用酵母单杂筛选甘蔗cDNA文库，并结合EMSA实验与DAP-seq实验确认了AP2家族转录因子ScAIL1可以通过直接与两个ScGAI启动子结合来调控ScGAI转录，其定位于细胞核（图2）。

那么ScAIL1是如何调控ScGAI转录的呢？作者利用甘蔗原生质体瞬时转化系统与双荧光素酶活性实验发现ScAIL1抑制了ScGAI的转录，多个实验结果显示ScAIL1可以与自身相互作用，ScAIL1可能作为二聚体抑制ScGAI的转录。

为了探索ScAIL1的功能，作者分析了ScAIL1的表达模式，ScAIL1是遍在表达的，并且在多种应激反应（盐胁迫，干旱胁迫和病菌侵染）和GA作用下都显著上调，但在JA作用下下调，表明ScAIL1可能通过调控ScGAI转录调节植物防御反应。

由于甘蔗是包含100-130条染色体的复杂多倍体，其遗传转化体系还不成熟，作者在水稻中过表达ScAIL1以研究其功能，发现OE-ScAIL1株系地上部生物量显著降低，株高和分蘖数略有降低，在成熟期，转基因株系的花序也小很多，作者推测这是一种防御反应过度激活的表型。于是对野生型和过表达株系进行RNA-seq发现，主要的DEGs (Different expression genes)包括防御反应基因，包括MAPKs，CDPKs和WRKY，以及防御激素代谢相关的基因，表明ScAIL1在水稻中的作用与防御反应相关。为了验证这一猜测，作者对转基因株系进行不同的生物胁迫（白叶枯病，稻瘟病）与非生物胁迫（盐胁迫，干旱胁迫）处理，发现OE-ScAIL1对白叶枯病与稻瘟病抗性提高了（图4），但在盐胁迫与干旱胁迫下与野生型没有差异。检测OE-ScAIL1的内源激素含量发现，JA与JA-Ile含量显著上调，GA含量显著下调；其他激素水平没有显著变化，且JA合成相关基因与GA失活相关基因在OE-ScAIL1中显著上调（图4），表明ScAIL1通过调节JA合成与GA失活来诱导水稻的防御反应。

Acknowledgements 

广西大学农学院甘蔗生物学重点实验室/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室张木清教授与姚伟副教授为论文共同通讯作者，柴哲与方金兰为论文共同一作。本研究受到国家自然科学基金，广西科技攻关项目和中国农业研究体系项目的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！