華南植物園揭示RGAT1在GA介導(dǎo)的絨氈層和花粉發(fā)育過程中的必要性
近年來，科學(xué)家在赤霉素（GA）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的分子機(jī)制研究中取得了很大進(jìn)展。簡要來說，GA受體通過識別GA，并通過SCF復(fù)合物招募DELLA蛋白進(jìn)行泛素化，并隨后通過26S蛋白酶體降解，從而釋放介導(dǎo)GA反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子。DELLA蛋白是GA信號的傳導(dǎo)阻遏物。RGA是DELLA蛋白家族的一個成員。據(jù)報道，RGA是控制花藥發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)子，而GA對于花藥發(fā)育也至關(guān)重要。但是，GA‐RGA介導(dǎo)的花藥發(fā)育中的直接下游基因仍有待鑒定。
中科院華南植物園博士后錢乾在侯興亮研究員指導(dǎo)下，聯(lián)合新加坡國家科學(xué)院俞皓院士等，在研究中通過微陣列分析鑒定到了RGA發(fā)育早期的靶基因，并命名為RGA Target 1（RGAT1）。通過檢測GA相關(guān)突變體以及rga突變體中RGAT1的表達(dá)情況，證實(shí)：GA的確通過DELLA蛋白調(diào)節(jié)RGAT1的表達(dá)。染色質(zhì)免疫沉淀結(jié)果顯示，RGA通過直接激活RGAT1發(fā)揮作用。組織水平表達(dá)結(jié)果顯示，RGAT1主要在花序，幼苗，心皮底部和角果中表達(dá)。在花序中，RGAT1主要在花藥階段8-11期間的絨氈層和小孢子中表達(dá)。
為了探究RGAT1的功能，研究者使用RNA干擾和人工microRNA干擾技術(shù)，獲得了該基因的突變體。表型分析顯示，突變體導(dǎo)致植株早期產(chǎn)生嚴(yán)重的敗育情況。有趣的是，35S啟動的過表達(dá)植株也產(chǎn)生了相類似的表型。掃描電鏡和投射電鏡觀察顯示：RGAT1的功能喪失和過表達(dá)植株均能導(dǎo)致絨氈層發(fā)育異常，從而產(chǎn)生花粉敗育和短角果的表型。在RGAT1敲除和過表達(dá)植株中，花粉敗育發(fā)生在第10階段。并且，RGAT1功能喪失導(dǎo)致絨氈層細(xì)胞過早降解，而RGAT1的過表達(dá)則延遲了絨氈層細(xì)胞的降解。
據(jù)報道，絨氈層的降解是由于程序性細(xì)胞死亡所引起的。TUNEL分析證實(shí)，RGAT1參與了的絨氈層程序性細(xì)胞死亡，進(jìn)而影響絨氈層的降解。此外，降低RGAT1的表達(dá)可以部分挽救GA缺失的ga1-3突變體中的絨氈層發(fā)育缺陷的表型。該研究表明，RGAT1是正常絨氈層和花粉發(fā)育所必需的基因。該結(jié)果提高了科研人員對GA信號在雄配子體發(fā)育過程中下游靶點(diǎn)的認(rèn)識，為該領(lǐng)域的探究提供了新的思路。
該研究揭示了RGAT1是RGA下游作用的直接靶點(diǎn)，并且在GA介導(dǎo)的絨氈層和花粉發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際著名科學(xué)期刊New Phytologist（《新植物學(xué)家》）上。研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17314
圖. 擬南芥野生型、RGAT1-RNAi和RGAT1-OV的表型比較。
