《擬南芥中避蔭反應關鍵轉錄因子PIF7的調控機制》是依託復旦大學，由李琳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥中避蔭反應關鍵轉錄因子PIF7的調控機制
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李琳
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高密度種植的植物為了獲得足夠的光源，會增加營養生長而減少生殖生長，這種反應稱為避蔭反應。避蔭反應的產生限制了許多喜陽作物的種植密度，從而影響作物的產量。對高密度生長的植物，被遮擋的葉片感受到降低的紅光和遠紅光比例，光敏色素能感受這種光質的變化。申請者的前期研究表明，紅光/遠紅光的降低影響擬南芥中PIF7的磷酸化修飾，去磷酸化形式的PIF7通過調節下游基因的表達，啟動了避蔭反應。已知光敏色素能與PIF7相互作用，但是光敏色素是否以及如何調節PIF7的磷酸化修飾成為了避蔭反應信號轉導通路中的斷點。本申請項目將延續前期工作，研究PIF7功能性磷酸化位點，通過質譜分析PIF7及光敏色素蛋白複合體成份，利用遺傳及生化方法鑑定PIF7磷酸酶，建立從光信號到關鍵轉錄因子磷酸化水平之間的調控機制。避蔭反應中全新調控元件的鑑定及其分子機制的理解都將為今後在作物中改善和利用避蔭反應供研究基礎和理論依據。
結題摘要
光不僅通過光合作用為植物的生長發育提供能量，同時還可以作為一種信號分子調控植物的形態建成。在自然生態環境或農業生產中，高密度種植的植物之間相互遮擋，上層植物吸收紅光和藍紫光，反射遠紅光，使下層植物感受到降低的總光強、藍光及紅光與遠紅光比例，稱為蔭影。蔭影不耐受植物感受到這一信號變化後，會表現出下胚軸、節間、葉柄的加速伸長，長時間則表現出葉綠素合成減少、早花等，這些表型變化統稱為避蔭反應或避蔭綜合症。實驗室前期研究表明，PIF7是擬南芥中蔭影誘導下胚軸伸長的關鍵轉錄調控因子，蔭影通過改變PIF7的磷酸化狀態而影響其轉錄激活功能，但是PIF7磷酸化修飾的調控及作用機制還不清楚。 我們通過對GFP-PIF7亞細胞定位的觀察發現，白光下PIF7可定位於細胞質中，蔭影誘導PIF7在細胞核中快速累積。利用PIF7過量表達植株免疫共沉澱PIF7複合體後聯合質譜分析，鑑定到PIF7的兩個磷酸化位點：S139、S141。將這兩個位點突變模擬去磷酸化狀態，導致PIF7在白光下定位於細胞核中，且轉基因植株呈現出下胚軸伸長的表型；將這兩個絲氨酸位點突變模擬磷酸化狀態，導致PIF7持續定位於細胞質中，且轉基因植株不可恢復pif7-1在蔭影下的表型。同時，以PIF7為誘餌的酵母雙雜交篩選鑑定到14-3-3κ，通過酵母雙雜交實驗、半體內GST pull-down實驗、雙螢光分子互補實驗、以及免疫共沉澱，確認了14-3-3λ和14-3-3κ與PIF7的互作，且偏好與磷酸化的PIF7互作。外源施加14-3-3蛋白的競爭性結合抑制劑或在14-3-3λκ的突變體中，蔭影誘導的PIF7入核及去磷酸化的速度都顯著加快。14-3-3λ和14-3-3κ的單突及雙突變體在蔭影下的下胚軸都高於野生型，而14-3-3λ的過量表達株的下胚軸矮於野生型，表明14-3-3λ和14-3-3κ負調蔭影誘導的下胚軸伸長。綜上結果表明，磷酸化修飾可以影響PIF7的亞細胞定位和功能，14-3-3s通過滯留磷酸化PIF7在細胞質中，進而負調PIF7介導的避蔭反應。 本研究通過生物化學、分子遺傳學和遺傳學的方法揭示的磷酸化依賴的PIF7核質穿梭是一種快速回響蔭影的調控機制，可以保證植物高效地回響外界光信號的變化。
