擬南芥藍(lán)光受體CRY1 的N端和C端結(jié)構(gòu)域參與調(diào)控植物激素響應(yīng)基因表達(dá)的機(jī)制研究.pdf

1、光信號(hào)作為植物生長(zhǎng)的重要的環(huán)境因子，不僅為植物生長(zhǎng)提供能量來(lái)源，同時(shí)在植物生長(zhǎng)過(guò)程中提供必要的信號(hào)來(lái)源。隱花色素（Cryptochrome，CRY）作為藍(lán)光受體在植物和動(dòng)物中介導(dǎo)多種光控反應(yīng)。以擬南芥為模式植物的研究表明，CRY（CRY1和CRY2）的C端結(jié)構(gòu)域（CCT1和 CCT2）已經(jīng)被證明是主要功能結(jié)構(gòu)域，因?yàn)檫^(guò)量表達(dá)與β-葡糖苷酸酶（β-glucuronidase，GUS）融合的CCT1或CCT2的轉(zhuǎn)基因植株（CCT1或 CCT

2、2）呈現(xiàn)出組成型光形態(tài)建成（Constitutive Photomorphogenesis，COP）的表型。另外，CCT1和CCT2參與CRY介導(dǎo)的藍(lán)光信號(hào)通路是通過(guò)與COP1直接蛋白互作來(lái)完成的。CRY1的N端結(jié)構(gòu)域（CNT1）的功能主要是介導(dǎo)CRY1的二聚化，而且這種二聚化是激活CRY1光受體活性所必需的。最新的研究發(fā)現(xiàn)，CNT1可以獨(dú)立于CCT1參與CRY1介導(dǎo)的藍(lán)光信號(hào)通路，并且發(fā)現(xiàn)CNT1參與CRY1介導(dǎo)的對(duì)赤霉素（gibbe

3、rellin acids，GA）/油菜素內(nèi)酯（brassinosteroids，BR）/生長(zhǎng)素（auxin）響應(yīng)基因表達(dá)的影響。雖然目前的研究已經(jīng)表明CCT1和CNT1都參與了CRY1介導(dǎo)的藍(lán)光信號(hào)通路，但是CCT1和CNT1在藍(lán)光信號(hào)通路中功能的區(qū)別還未見報(bào)道。因此在全基因組范圍分析CCT1的功能，并探索CCT1和CNT1在介導(dǎo)CRY1調(diào)控的藍(lán)光信號(hào)通路的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)至關(guān)重要。
　　本研究對(duì)CCT1過(guò)量表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行了RN

4、A-seq測(cè)序分析，并得到了6780個(gè)CCT1調(diào)控的基因。將得到的CCT1測(cè)序結(jié)果與之前得到的cry1cry2突變體和具有增強(qiáng)的藍(lán)光反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因植株35S::CNT1-NLS-YFP（CNT1）的RNA-seq結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)2903個(gè)（67.85％）CRY調(diào)控基因被CCT1調(diào)控，且其中的1095個(gè)基因也被CNT1調(diào)控。與GA/BR/auxin調(diào)控基因比對(duì)后發(fā)現(xiàn)CCT1與CNT1一起參與了CRY1介導(dǎo)的對(duì)激素響應(yīng)基因表達(dá)的調(diào)控，而

5、且大約有一半的GA/BR/auxin上調(diào)的基因被CCT1和CNT下調(diào)表達(dá)，這與CRY1和這些激素拮抗調(diào)控下胚軸伸長(zhǎng)一致。另外，本研究發(fā)現(xiàn)在影響CRY1調(diào)控的激素響應(yīng)基因時(shí)，CCT1和CNT1既有各自特異的也有它們共同調(diào)控的基因。qRT-PCR實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄組分析得到的一些已經(jīng)報(bào)道的、參與調(diào)控下胚軸伸長(zhǎng)的、而且被激素上調(diào)表達(dá)同時(shí)被CRY1、CCT1和CNT1下調(diào)的基因的表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些基因被藍(lán)光、CRY1、CCT1和CNT1下調(diào)；而

6、且在藍(lán)光下，CCT1特異調(diào)控的基因（比如ACS5），在CCT1中的表達(dá)量比在CNT1中低；同樣的，CNT1特異調(diào)控的基因（比如SAUR15），在藍(lán)光照射下，CNT1中的表達(dá)量比CCT1中更低，與轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果一致。
　　對(duì)CCT1和CNT1進(jìn)行的GA敏感性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CCT1和CNT1都參與了CRY1介導(dǎo)的抑制GA引起的下胚軸伸長(zhǎng)。為了探明CCT1和CNT1抑制GA引起的下胚軸伸長(zhǎng)的機(jī)制，我們進(jìn)行了免疫印跡實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)是CCT1而不

7、是 CNT1參與了CRY1介導(dǎo)的抑制GA促進(jìn)HY5蛋白降解過(guò)程的。為了在全基因組轉(zhuǎn)錄水平研究 CCT1、CNT1和 COP1調(diào)控激素響應(yīng)基因表達(dá)的關(guān)系，我們還利用COP1的突變體cop1-4進(jìn)行了RNA-seq測(cè)序分析，并將COP1調(diào)控的基因與CCT1、CNT1及GA/BR/auxin結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CCT1、CNT1與COP1以相反的方向共同調(diào)控很多GA/BR/auxin響應(yīng)基因表達(dá)。另外，我們還分析了藍(lán)光和CRY1對(duì)BR信號(hào)通

8、路及BR響應(yīng)基因表達(dá)的影響。對(duì)BR的敏感性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)藍(lán)光抑制BR對(duì)擬南芥下胚軸的促進(jìn)是通過(guò)CRY1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而qRT-PCR實(shí)驗(yàn)也表明CRY1介導(dǎo)了藍(lán)光對(duì)BR響應(yīng)基因的抑制。
　　本文通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)，植物生理學(xué)及生物化學(xué)方法在全基因轉(zhuǎn)錄水平揭示了關(guān)于CRY1介導(dǎo)的藍(lán)光信號(hào)通路機(jī)制，提出了 CRY1的C端和N端可能參與了CRY1調(diào)控GA、BR或其它激素應(yīng)答基因表達(dá)的生物學(xué)問(wèn)題，同時(shí)為進(jìn)一步研究CRY1信號(hào)與植物激素信號(hào)互作調(diào)控植物發(fā)育的