Plantarray高通量植物逆境生理研究平台-拟南芥研究1

Multiple Gibberellin Receptors Contribute to Phenotypic Stability under Changing Environments

多种赤霉素受体有助于环境变化下的表型稳定性

摘要：植物赤霉素GA响应的多效性和复杂性多依赖于由受GA激活的GID1受体所介导的DELLA蛋白的靶向蛋白酶解。番茄基因组编码一个DELLA蛋白PRO和三个受体GID1a、GID1b1和GID1b2，这些可能参与了特异性的GA响应。在本文中，作者利用CRISPR-Cas9系统构建了一个gid1突变体，并且研究了该突变体在GA响应方面的影响。gid1三突植株十分矮小，并且对于GA完全不敏感。在最优生长条件下，这三个受体功能存在冗余，而且gid1单突植株的表型改变并不明显。在这三个受体中，GID1a对于萌发和生长的作用最为强烈。酵母双杂试验显示GID1a与PRO具有最高的亲和力。对于只有一个激活受体的株系的分析显示GID1a具有延长GA响应的独特作用，并且该功能只有在高剂量的时候达到饱和。当gid1突变体生长在环境不稳定的大田条件下，这些突变体植株的表型也不是很稳定，不同GID1蛋白的冗余性消失，同时gid1a突变体的矮化程度要比gid1b更加严重。本文的研究结果显示番茄中存在多个GA受体作用于极端环境条件下的表型稳定。

图1.番茄的GID1s

为确认发挥GA受体的作用，将GID1a，GID1b1，GID1b2这三个基因分别转化进入拟南芥的gid1agid1c中，发现所有的基因都能回补拟南芥GID1缺失的半矮化表型。生化试验发现，三个GID1与PRO（DELLA蛋白）都有稳定的互作，表明这三个基因确实为GA受体基因。在番茄M82（野生型）中通过CRISPR-Cas9系统分别产生了GID1a，GID1b1和GID1b2突变体。然而，单个突变体并没有明显的表型，通过杂交获得了GID1的三突gid1TRI，该突变体显示出明显的矮化，生长缓慢，育性降低，并且纯合不萌发的表型。而PRO的功能获得型过表达材料也表现出矮化的表型，并且对外源施加GA不敏感。

图2. 环境生长条件下GA 传感的冗余损失

图3. GIDs在不同的环境条件下作用不同

为更深入的研究GIDs的功能，研究人员将不同的突变体材料置于不同的生长环境条件下。在正常的生长条件下，一些gid1agid1b2展示出明显的矮化表型，通过对一系列生长参数的测定，发现GID1a在表型的稳定性方面有重要的作用。而在不利的生长条件下，gid1agid1b2展示出稳定的表型，表明GID1b1在不利的生长条件下有重要的功能。这些结果说明，在不利的环境条件下，番茄的三个GID1基因功能不存在冗余，对维持表型都发挥着重要作用。