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植物赤霉素GA響應(yīng)的多效性和復(fù)雜性多依賴于由受GA激活的GID1受體所介導(dǎo)的DELLA蛋白的靶向蛋白酶解。番茄基因組編碼一個DELLA蛋白PRO和三個受體GID1a、GID1b1和GID1b2,這些可能參與了特異性的GA響應(yīng)。在本文中,作者利用CRISPR-Cas9系統(tǒng)構(gòu)建了一個gid1突變體,并且研究了該突變體在GA響應(yīng)方面的影響。gid1三突植株十分矮小,并且對于GA*不敏感。在*生長條件下,這三個受體功能存在冗余,而且gid1單突植株的表型改變并不明顯。在這三個受體中,GID1a對于萌發(fā)和生長的作用尤為強烈。酵母雙雜試驗顯示GID1a與PRO具有很高的親和力。對于只有一個激活受體的株系的分析顯示GID1a具有延長GA響應(yīng)的*作用,并且該功能只有在高劑量的時候達到飽和。當gid1突變體生長在環(huán)境不穩(wěn)定的大田條件下,這些突變體植株的表型也不是很穩(wěn)定,不同GID1蛋白的冗余性消失,同時gid1a突變體的矮化程度要比gid1b更加嚴重。
圖1.番茄的GID1s
為確認發(fā)揮GA受體的作用,將GID1a,GID1b1,GID1b2這三個基因分別轉(zhuǎn)化進入擬南芥的gid1agid1c中,發(fā)現(xiàn)所有的基因都能回補擬南芥GID1缺失的半矮化表型。生化試驗發(fā)現(xiàn),三個GID1與PRO(DELLA蛋白)都有穩(wěn)定的互作,表明這三個基因確實為GA受體基因。在番茄M82(野生型)中通過CRISPR-Cas9系統(tǒng)分別產(chǎn)生了GID1a,GID1b1和GID1b2突變體。然而,單個突變體并沒有明顯的表型,通過雜交獲得了GID1的三突gid1TRI,該突變體顯示出明顯的矮化,生長緩慢,育性降低,并且純合不萌發(fā)的表型。而PRO的功能獲得型過表達材料也表現(xiàn)出矮化的表型,并且對外源施加GA不敏感。
圖2. 環(huán)境生長條件下GA 傳感的冗余損失 圖3. GIDs在不同的環(huán)境條件下作用不同
為更深入的研究GIDs的功能,研究人員將不同的突變體材料置于不同的生長環(huán)境條件下。在正常的生長條件下,一些gid1agid1b2展示出明顯的矮化表型,通過對一系列生長參數(shù)的測定,發(fā)現(xiàn)GID1a在表型的穩(wěn)定性方面有重要的作用。而在不利的生長條件下,gid1agid1b2展示出穩(wěn)定的表型,表明GID1b1在不利的生長條件下有重要的功能。這些結(jié)果說明,在不利的環(huán)境條件下,番茄的三個GID1基因功能不存在冗余,對維持表型都發(fā)揮著重要作用。