李子生成的脫落酸對催化乙烯ACC合酶1(ACS1)的反應
更年期果實成熟的特征包括呼吸速率的激增和自催化乙烯産量的增加。有其他研究表明ACS基因的轉錄調控可以通過轉錄因子介導,蛋白質穩定性受到有絲分裂原活化蛋白(MKP)激酶的泛素化和磷酸化/去磷酸化的影響。
為了得到更多調控因子在果實成熟過程中的作用的資訊。本研究通過鑒定與ACS1順式作用元件互相作用的轉錄因子,分析它們的表達模式。
實驗材料收集了聖羅莎和甜蜜米裡亞姆兩種日本李子的葉片和果實。共收集四個發育階段的樣品:S2(坑淬火),S3/S4(成熟),S4-I(商業收獲),S4-II(完全成熟),每個階段有三個生物重複,每個重複包括六個果實。樣品收集後立即冷凍在液氮中,并儲存在-80°C中。
利用來自桃子和日本杏的ASC1基因分離的PsACS1啟動子(pPsACS1)或順式作用元件的串聯重複序列,在啟動子捕獲二進制載體pCAMBIA1391Z中将其上遊與β-葡糖醛酸酶(GUS)基因(uidA)進行融合,建構了pCAMBIA-pPsACS1-GUS。
在SR果實中,日本李子的ACS1轉錄本是所有ACS基因中最豐富的轉錄本。根據桃子ACS1144基因設計的引物和基于桃子ACS1基因的引物,成功分離出PsACS1基因翻譯起始位點(ATG)上遊的1bp片段。
将該片段與桃子基因序列(prup.176900g5)比對發現,其中包括5bp的非翻譯區域(294'),與桃子的ACS5相應序列(未顯示)共享1.1%的同一性。
該假設的PsACS1啟動子序列被克隆并命名為pPsACS3。PlantPAN的分析顯示,該啟動子由多種順式作用調節元件組成,包括與ABA、乙烯和赤黴素響應相關的調控元件,以及光響應元件。
為了分離與pPsACS1互相作用的轉錄因子(TFs),使用了酵母-一雜交篩選方法,在報告載體上克隆了pPsACS1,并将其引入酵母基因組DNA中。
然後,使用四個水果表達的cDNA文庫進行酵母-一雜交篩選,這些文庫包括了SR和SM果實在兩個發育階段的樣品:果核硬化階段和完全成熟的果實。每個文庫篩選了約4.8×106至8.6×106個克隆。
接下來,使用PlantPAN工具在ACS27啟動子片段中搜尋推定TF的預測結合位點。結果發現,有1個TF被鑒定為在啟動子區域具有相應的順式作用元件。
為了驗證PsAB15、PsTCP2和PsGL2與ACS1啟動子之間的互相作用,使用含有競價位點的合成片段在酵母單雜交分析中進行驗證。在每個結合位點的核心核苷酸上進行了突變,分别定義為PsGL2突變bs、PsTCP2突變bs和PsGL2突變bs。
這些合成片段以及它們的相應突變片段被用作酵母單雜交實驗中的誘餌,而相應的TFs克隆則用作獵物。通過将含有非突變順式元件串聯重複序列的誘餌菌株與候選獵物菌株一起共轉化,可以激活選擇性培養基SD/-Leu/AbA上的AbAr報告基因。
AbAr報告基因顯示,含有pPsAB15和pPsTCP2突變bs的誘餌菌株與候選獵物菌株的共轉化未觀察到在SD/-Leu/AbA培養基上的明顯菌落生長。
對于pPsGL2-bs,雖然檢測到了一些小菌落,但與使用非突變順式元件獲得的菌落數量和大小相比,pPsAB15影響了小菌落的大小。
本研究表明,更年期SR李子果實的成熟和乙烯生物合成相關基因表達增加期間,乙烯的生物合成及其自催化生産顯著誘導,而在非更年期突變體SM品種中則相反。在這個研究中,還證明了三個轉錄因子ABI5、GL2和TCP2可能參與了ACS1的轉錄調控。
參考文獻:
1.Seymour,G.B.;Ostergaard,L.;Chapman,N.H.;Knapp,S.;Martin,C.Fruitdevelopmentandripening. Ann.Rev.PlantBiol. 2013, 64,219–241.
2.Biale,J.B.Growth,Maturation,andSenescenceinFruits:Recentknowledgeongrowthregulationandonbiologicaloxidationshasbeenappliedtostudieswithfruits. Science 1964, 146,880–888.
3.Chae,H.S.;Kieber,J.J.EtoBrute?RoleofACSturnoverinregulatingethylenebiosynthesis. TrendsPlantSci. 2005, 10,291–296.