Plantarray高通量植物生理表型平臺：赤霉素受體有助于表型穩(wěn)定性

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(gè)DELLA蛋白PRO和三個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)受體中，GID1a對于萌發(fā)和生長的作用尤為強(qiáng)烈。酵母雙雜試驗(yàn)顯示GID1a與PRO具有很高的親和力。對于只有一個(gè)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(shí)候達(dá)到飽和。當(dāng)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(shí)gid1a突變體的矮化程度要比gid1b更加嚴(yán)重。

圖1.番茄的GID1s

為確認(rèn)發(fā)揮GA受體的作用，將GID1a，GID1b1，GID1b2這三個(gè)基因分別轉(zhuǎn)化進(jìn)入擬南芥的gid1agid1c中，發(fā)現(xiàn)所有的基因都能回補(bǔ)擬南芥GID1缺失的半矮化表型。生化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三個(gè)GID1與PRO（DELLA蛋白）都有穩(wěn)定的互作，表明這三個(gè)基因確實(shí)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(gè)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(dá)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(gè)GID1基因功能不存在冗余，對維持表型都發(fā)揮著重要作用。