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Karrikin信号转导途径与独脚金内酯信号途径共同调控水稻黑暗中胚轴的伸长 导读 单子叶植物的幼苗出苗主要取决于中胚轴伸长，需要发育信号与环境刺激之间的协调。独角金内酯（SLs）和Karrikin是丁烯内酯化合物，可调节各种发育过程。两者都能够在黑暗中负面调节水稻的中胚轴伸长率。在这里，研究者报告了一个Karrikin信号复合体——DWARF14-LIKE（D14L）-DWARF3（D3）-O。水稻MAX2 1的抑制子（OsSMAX1）在黑暗中介导水稻中胚轴伸长的调控。研究者证明D14L识别Karrikin信号并招募SCFD3泛素化连接酶用于OsSMAX1的泛素化和降解，反映了独角金内酯诱导的和D14和D3依赖性的泛素化和D53的降解。OsSMAX1的过表达在黑暗中促进了胚轴伸长，而敲除OsSMAX1则抑制了d14l和d3的伸长的胚轴表型。OsSMAX1定位于细胞核，并与TOPLESS相关蛋白相互作用，调节下游基因的表达。此外，研究者表明，GR24对映体GR245DS和GR24ent-5DS分别以D14和D14L依赖性方式特异性抑制中胚轴延伸并调节下游基因的表达。研究者的工作表明，Karrikin和独角金内酯信号传导在调节下游基因表达和在黑暗中负面调节中胚轴伸长方面起着平行和累加的作用。 实验设计 结果 1?在黑暗条件下，D14L与D14平行或相加调节水稻中胚轴伸长 ? Karrikin和独角金内酯信号通路都参与了黑暗中胚轴伸长的调节，这分别需要是D14L（DWARF14-LIKE）和D14（DWARF14）的发挥功能。独角金内酯生物合成或信号转导的缺失导致D53（DWARF53 ）的积累，并导致分蘖芽的生长。d53作为功能增益不敏感突变体，其茎分枝表型与功能缺失SL生物合成突变体d27、d17和d10以及功能缺失SL信号突变体d14和d3相似。与野生型相比，SL缺陷突变体（d27、d17和d10）和SL不敏感突变体（d14和d3）的中胚轴更长。为了研究D53在黑暗中抑制中胚轴伸长的作用，研究者测量了D53的中胚轴长度，它与D14的长度一样长（图1A和1B）。组成型表达d53和GFP融合蛋白的ACT：D53m-GFP转基因幼苗表现出与d53相似的芽枝表型。ACT：D53m-GFP转基因幼苗的中胚轴长度也与d14相似。这些结果表明，D53在这些幼苗中的积累促进了黑暗中胚轴的伸长，并证实了D14-和D3依赖的D53降解参与了水稻黑暗中胚轴伸长的抑制作用。然而，d3的中胚轴长度比其它SL突变体（包括d14和d53）长，这表明暗诱导的水稻中胚轴伸长也受到一个独立的调控途径。D14L、D14L2、D14L3和D14L4是D14的同系物。此外，D14L与HTL/KAI2同源，并参与调节水稻中胚轴在黑暗中的伸长。D14L2和D14L3类似于DLK2，可以通过Karrikin处理诱导，并增强下胚轴伸长。 ? 为了研究Karrikin如何在黑暗中调节水稻中胚轴的发育，研究者使用CRISPR/CRISPR相关9（Cas9）介导的基因编辑技术，产生了D14L基因敲除植株。D14L-1突变株在D14L的493位点有一个1-bp的缺失，它改变了基因结构，D14L-2突变体在493位点到495位点有一个3-bp的框内缺失，D14L-3突变体在495位点有一个G-T替换，在496-502位点有一个7-bp的缺失，导致了D14L中的氨基酸产生偏移。d14l-1用于进一步分析，此后称为d14l。在光照条件下，在14、d14l、d3、d14 d14l或野生型幼苗中未观察到中胚轴伸长。黑暗条件下，d14l的中胚轴长度与d14相似，比野生型长，但比D3短（图1A和1B）。本研究中d14l中胚轴表型与先前报告的表型一致。然而，与先前研究中的D14L RNAi d14幼苗不同，d14 D14L双突变体的中胚轴长度与D3相同（图1A和1B）。此外，D53 D14L双突变体的中胚轴比D14LAND长，与d3相似。这些结果说明D14L介导的途径与D14介导的途径在黑暗条件下抑制水稻中胚轴伸长具有叠加作用。SL在中胚轴发育过程中负调节OsTCP5的表达。D14或D14L的缺陷导致OsTCP5的下调（图1C）。GY1参与了JA的生物合成，并对中胚轴伸长负性调节。D14或D14L缺失导致GY1表达显著下调（图1D）。OSTCP5和GY1在d14和d14l中的表达下调类似于d14和d14l（图1C和1D），这表明d14和d14l介导的途径可能调节共同的靶基因，从而在黑暗中调节中胚轴的伸长。 ? 接下来，研究者比较了野生型，d14，d14l，d3和d14l幼苗的基因表达谱。野生型和d3之间超过三分之二的差异表达基因（DEGs）与野生型和d14 d14l之间的差异表达基因（DEGs）重