中国农大巩志忠组和英属哥伦比亚大学宋亮组合作揭示拟南芥转录共抑制子AtSDR4L在幼苗发育中的作用

种子萌发是植物生长过程中的重要环节之一。从种子休眠期到幼苗萌发成长通常伴随着转录组的急剧变化，而胚胎程序的失活对于幼苗成长至关重要。目前，已知四个关键转录因子LEC1, ABI3, FUS3 和 LEC2（统称为LAFL）对胚胎发育，种子成熟，以及种子质量有决定性作用( Parcy et al., 1997; Lotan et al., 1998; Kagaya et al., 2005; To et al., 2006; Jia et al., 2014)。关于LAFL基因在转录水平上的表达抑制是当前研究热点之一。虽然研究发现许多抑制LAFL 基因表达的蛋白在各个发育阶段广泛表达(Mozgova and Hennig, 2015; Xiao and Wagner, 2015)，然而LAFL基因在由种子到幼苗这一特定转化阶段如何受到抑制尚不清楚。

JIPB近日在线发表了中国农业大学巩志忠教授课题组和加拿大英属哥伦比亚大学宋亮教授课题组共同合作题为 “The transcriptional co-repressor SEED DORMANCY 4-LIKE (AtSDR4L) promotes embryonic-to-vegetative transition in Arabidopsis thaliana” 的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13360）。此项研究发现在拟南芥 （Arabidopsis thaliana）中，一种名为 AtSDR4L 的转录共抑制因子通过与 LEC1 和 ABI3 形成负反馈回路以抑制拟南芥种子在幼苗中的胚性表型，并由此促进胚胎向营养生长的转变（如下图）。

该研究发现，Atsdr4l突变体幼苗的下胚轴和根部经常出现发育迟缓。苏丹红7B脂质染色表明下胚轴中存在脂质的过度积累。同时，电镜显微图像显示突变体下胚轴中堆积着大量的油体和种子储存蛋白，这与野生型（Col-0）中由液泡占据细胞主体形成明显差异。这些结果显示Atsdr4l突变体幼苗存在胚性表型。和影响脂类代谢的突变体不同，外源提供蔗糖并不能减弱Atsdr4l的表型。相反，在培养基中添加蔗糖会加重胚胎性状。此外，Atsdr4l的暗形态发生也异于野生型，其表型包括油体积累，根分枝，以及真叶发育。Atsdr4l的这些性状与因调节序列缺失而造成LEC1过表达的lec1- dtnp功能获得突变体的表型有很多相似点  (Casson and Lindsey, 2006)。转录组测序（RNA-seq）数据显示，Atsdr4l 突变导致大量基因上调，其中包括含LAFL在内的许多转录因子基因，参与油脂与蛋白合成的代谢基因，以及赤霉素（GA）合成和信号途径中的相关基因。与表达相互印证，染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析发现AtSDR4L可与转录因子基因LEC1 和ABI4 的上游调节区域显著结合，并且在ABI3基因的上游调节区域也可能存在微弱结合。遗传结果表明，lec1和 abi3的功能丧失突变既可以降低AtSDR4L的表达，又可以减弱Atsdr4l 突变体的表型。这些结果意味着AtSDR4L可以通过与LEC1和ABI3形成负反馈回路来降低LAFL基因在从种子到幼苗转换过程中的表达，从而防止在幼苗中出现脂质积累等胚性表型。此前曾有研究表明，AtSDR4L 在促进种子的萌发并抑制休眠中有重要作用 (Cao et al., 2020; Liu et al., 2020)。本论文进一步揭示了 AtSDR4L 在种子萌发至幼苗生长期间作用的广泛性。

中国农业大学吴婷博士，程金魁博士和英属哥伦比亚大学研究生Milad Alizadeh，卢柏岚为论文共同第一作者，中国农业大学巩志忠教授和加拿大英属哥伦比亚大学宋亮教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金和北京市优秀大学学科项目，以及加拿大自然科学与工程研究委员会和加拿大创新基金会的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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