2022年8月20日，廣西大學亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室和廣西甘蔗生物學重點實驗室的最新研究成果，在學術(shù)期刊Journal of Experimental Botany上發(fā)表，文章題目為 “ScAIL1 modulates plant defense responses by targeting DELLA and regulating GA and JA signaling"。該期刊的影響因子為7.298。該研究使用DAP-seq技術(shù)鑒定了甘蔗ScAIL1轉(zhuǎn)錄因子靶向ScGAI啟動子區(qū)域的結(jié)合基序，進一步研究表明，ScAIL1通過靶向DELLA調(diào)控JA合成和GA失活來平衡植物生長和防御反應。
現(xiàn)代甘蔗是一種復雜的多倍體植物。DELLA是GA信號通路的抑制因子，通過與多種植物激素協(xié)同來調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育和防御反應。甘蔗ScGAI編碼一種調(diào)節(jié)莖稈發(fā)育的DELLA蛋白。甘蔗DELLA蛋白由位于chr1B和chr1C上ScGAI基因的兩個等位基因編碼。然而，ScGAI等位基因的啟動子是否相同，以及哪些轉(zhuǎn)錄因子通過與ScGAI啟動子結(jié)合介導ScGAI的轉(zhuǎn)錄尚不清楚。該研究通過序列分析發(fā)現(xiàn)ScGAI等位基因在不同染色體上的轉(zhuǎn)錄受不同啟動子序列的調(diào)控，基序分析和GUS活性測定進一步證明不同的啟動子序列，其結(jié)合基序和轉(zhuǎn)錄活性也不同。隨后，采用酵母單雜交技術(shù)篩選到25個與ScGAI啟動子結(jié)合的潛在轉(zhuǎn)錄因子，并鎖定ScAIL1結(jié)合蛋白。ScAIL1是一個核定位的AP2家族轉(zhuǎn)錄因子。然后，酵母雜交、凝膠遷移率檢測、DAP-seq分析結(jié)果表明ScAIL1通過直接與ScGAI的兩個啟動子結(jié)合來調(diào)控ScGAI的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)染甘蔗原生質(zhì)體的實驗表明ScAIL1抑制了ScGAI的轉(zhuǎn)錄，這與雙熒光素酶活性測定結(jié)果一致。進一步通過BiFC，Co-IP和GST Pull Down實驗證明ScAIL1能夠與自身相互作用，因此ScAIL1可能是以二聚體的形式參與ScGAI轉(zhuǎn)錄過程的抑制。多種脅迫處理下，ScAIL1表達上調(diào)、GA信號增強、JA信號下降，這表明了ScAIL1調(diào)控ScGAI轉(zhuǎn)錄的潛在功能可能與植物的防御反應有關(guān)。為更好地了解ScAIL1參與植物防御反應的分子機制，研究人員構(gòu)建了過表達ScAIL1的水稻。ScAIL1的過表達顯著提高了水稻對細菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，同時阻礙了生長和發(fā)育。此外，在過表達ScAIL1的水稻中，與應激反應相關(guān)的基因顯著上調(diào)。內(nèi)源性植物激素含量和基因表達分析進一步表明，ScAIL1過表達增強了水稻對細菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，而不是促進生長，并且這種反應與JA合成和GA失活作用有關(guān)。這些結(jié)果為證明ScAIL1在植物防御反應中的作用與JA和GA信號傳導有關(guān)提供了分子證據(jù)。
圖1. ScAIL1定位于細胞核，并且直接靶向ScGAI啟動子，圖1F為DAP-seq分析鑒定的2個結(jié)合基序
圖2. ScAIL1調(diào)控JA合成和GA失活來平衡植物生長和防御反應的分子機制模式圖
綜上所述，該研究表明了甘蔗ScGAI的轉(zhuǎn)錄受兩個不同的啟動子調(diào)控，而ScGAI的轉(zhuǎn)錄被AP2家族轉(zhuǎn)錄因子ScAIL1抑制。ScAIL1是植物防御反應的正調(diào)控因子，ScAIL1通過負調(diào)控DELLA、增加JA合成和誘導GA失活來介導植物的防御反應。該研究揭示了ScAIL1通過調(diào)控GA和JA信號通路參與植物防御反應的新機制，也為復雜多倍體作物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究提供了一個新視角。
