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项目文章 | plant cell:cry1与bes1互作调控br信号及光形态建成

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浏览:- 发布日期:2018-08-30 10:10:30【 】

基本信息

论文题目: photoexcited cryptochrome 1 interacts with dephosphorylated bes1 to regulate brassinosteroid signaling and photomorphogenesis in arabidopsis

发表期刊:plant cell

发表时间:2018.8

影响因子:8.228

作者单位:复旦大学杨洪全教授课题组

本文涉及的高通量技术:酵母双杂交筛库(由欧易生物提供服务)


研究背景

光是最重要的环境因子,不仅是植物光合作用的能量来源,也是调控植物生长发育的信号来源。植物通过内在感应光的信号分子——光受体介导的信号转导途径来调控植物的生长发育。这些受体包括紫外光b受体uvr8、蓝光受体隐花素cry和向光素phot、红光/远红光受体光敏素phy。在拟南芥中,cry1和cry2调控光形态建成、开花时间和生物钟。近年来有研究表明,以油菜素内酯(br)为代表的甾醇类激素广泛参与植物光形态建成,但其作用机理并不清楚。

 

研究内容

作者发现,cry1和cry2能够与bhlh转录因子bes1-interacting myc-like1 (bim1)相互作用。而bim能与bri1-ems suppressor1 (bes1)互作并激活其活性,从而参与br信号通路。进一步研究发现,cry1和cry2特异与去磷酸化的bes1互作。这种活性状态的bes1依赖蓝光处理并经由br诱导。cry1-bes1的互作能够抑制bes1结合dna的活性以及下游靶基因的表达。以上结果表明,在蓝光条件下,br诱导cry1与bes1互作,并通过此机制平衡外部光照与内部br信号,进而优化植物的光形态建成。


研究思路


研究结果

1. 利用cry1的n端(cnt1)作为诱饵蛋白进行酵母双杂交筛库,筛选到互作蛋白bim1。进一步通过酵母双杂证明,cnt1与bim1在暗培养以及蓝光处理下都能互作,而cry1的c端cct1只能与cop1互作。另外,在蓝光处理下,cry2及其n端cnt2也能与bim1互作。作者另外通过pull-down证明,cnt1,cnt2和cct2都能与bim1互作。而在体内试验环节,作者采用共定位和bifc技术证实,cnt1对于cry1和bim1的互作至关重要;将gst-bim1与植物蛋白提取物孵育,发现bim1只能与来自蓝光处理植株的cry1互作,与暗处理或红光,远红光处理植物的cry1不能互作。以上结果表明,cry1与bim1的互作依赖蓝光的存在。

已知bim1能与bes1互作调控br下游基因的表达,因此作者进一步通过酵母双杂验证cry1与bes1(及其同源蛋白brz1)的关系。结果表明,cry1与bes1在蓝光处理下的互作强度高于暗处理条件, 而cry1与brz1的互作不依赖蓝光。pull-down实验证明,bes1能够与cnt1, cnt2,cct2互作,但不能与cct1互作。以上结果表明,cnt1对cry1和bes1的互作至关重要,而cnt2和cct2都能介导cry1和bes1的互作。作者另外通过烟草co-ip和bifc验证了上述结果。接下来,作者通过拟南芥转基因植株,在体内证实了cry1和cry2能够在蓝光处理下与bes1互作。

 

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2. 有文献报道,芸苔素和brz能分别诱导bes1的去磷酸化和磷酸化。利用上述两种物质处理bes1过量表达植株并进行co-ip,表明光诱导的cry1和cry2只能与去磷酸化的bes1互作。作者进一步通过pull-down证实了,cnt1, cnt2,cct2能够与去磷酸化的bes1互作。 

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3. 在蓝光处理下,植株对芸苔素的响应没有暗处理植株敏感,说明蓝光能够抑制br信号转导。利用高强度蓝光处理cry1突变体,其对bl浓度的响应比野生型更积极,而cry1过量表达植株对bl浓度不敏感;低强度蓝光处理下,cry1,cry2cry1 cry2突变体对bl浓度比野生型更加敏感。以上结果表明, cry1和cry2介导了蓝光对br信号的抑制作用。

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4. bes1-rnai 植株在黑暗,蓝光,红光,远红光处理中,下胚轴长度都比野生型短;而bes1过量表达植株经过蓝光处理, 下胚轴长度比野生型增长。这个结果说明, bes1能够促进下胚轴的伸长。蓝光处理(高强度和低强度)cry1 cry2 bes1-rnai植株,其下胚轴长度都比cry1 cry2双突变体更短。以上结果表明,在蓝光处理下,bes1 和 bzr1作为cry1和cry2的下游调控下胚轴伸长。

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5. 分析已发表的转录组数据,共筛选到629个cry介导的蓝光信号通路和br信号通路共同调控的基因,其中381个基因具有相反的表达模式。go分析表明,受到芸苔素的正调控和蓝光信号的负调控的基因,主要涉及植物激素,细胞壁发育等方面;而芸苔素负调控和蓝光正调控的基因,主要参与细胞壁发育和光合作用。进一步比较了蓝光信号和bes1共同调控的593个基因,其中368个具有相反的表达模式。作者选择了6个br响应基因做定量pcr验证,结果表明cry1能响应蓝光信号,调控bes1/brz1下游基因的表达。

 

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6. emsa实验表明,bes1能够结合br信号marker基因dwf4的启动子。体系中增加cnt1的浓度,能显著减弱bes1的结合能力,而cct1没有类似的抑制作用。体内实验表明,蓝光处理1小时即可显著增加野生型植株中bes1结合dwf4saur15的能力,而cry1突变体对蓝光不敏感。以上结果表明,蓝光诱导的cry1与bes1的互作,能够抑制bes1结合dna的活性。

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7. 总结:①在黑暗条件下,cry1处于非激活状态,不能与去磷酸化的bes1互作。因此bes1可以诱导靶基因表达,参与下胚轴的伸长;②在光照条件下,cry1转变为激活状态,与去磷酸化的bes1互作,从而抑制其结合dna的活性;而当br缺失时,大部分bes1被磷酸化失去活性,不能与cry1互作。同时,下游靶基因也受到抑制,阻碍下胚轴的伸长。

7


总结

利用酵母双杂交技术将光受体与br信号通路串联在一起,为解析光形态建成中信号交互的分子机制打开新思路。

 

参考文献

wenxiu wang, xuedan lu, ling li, hong-li lian, zhi-lei mao, peng-bo xu, tongtong guo, feng xu, sha-sha du, xiao-li cao, sheng wang, hongyun shen, hong-quan yang. (2018). photoexcited cryptochrome 1 interacts with dephosphorylated bes1 to regulate brassinosteroid signaling and photomorphogenesis in arabidopsis. the plant cell aug 2018, tpc.00994.2017; doi: 10.1105/tpc.17.00994

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西贝老师  撰文

本文系欧易生物原创

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