我室李立家课题组揭示OsHDAC1-OsGSK2-OsBZR1模块调控水稻侧根形成的分子机制

２０２２年１月２５日，Ｐｌａｎｔ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ在线发表了武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室李立家教授课题组题为“Ｔｈｅ　Ｈｉｓｔｏｎｅ　Ｄｅａｃｅｔｙｌａｓｅ　１／　ＧＳＫ３／ＳＨＡＧＧＹ－Ｌｉｋｅ　Ｋｉｎａｓｅ　２／　ＢＲＡＳＳＩＮＡＺＯＬＥ　ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ　１　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｓ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｒｏｏｔ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｒｉｃｅ”的研究论文。该研究发现组蛋白去乙酰化酶ＯｓＨＤＡＣ１通过介导油菜素类固醇信号转导通路中关键转录因子ＯｓＢＺＲ１的稳定性来正调控水稻侧根的形成。

侧根（ＬＲｓ）是水稻（Ｏｒｙｚａ　ｓａｔｉｖａ）根系的主要组成部分，可增加根系表面积，从而有效吸收水分和养分以及稳固稻株。在拟南芥中的研究表明，生长素是调控LR形成的关键激素，细胞分裂素（ＣＫ）和脱落酸（ＡＢＡ）负调控ＬＲ形成，油菜素类固醇（ＢＲ）可能通过影响生长素相关基因来正调控ＬＲ形成。另外，已证实许多生长素相关基因参与谷类植物ＬＲ的形成，如生长素信号转导基因、生长素转运基因和细胞周期调控基因。而关于ＢＲ和ＢＲ信号通路成分影响水稻ＬＲ形成的机制却知之甚少。

组蛋白去乙酰化酶（ＨＤＡＣｓ）是一类在染色体的结构修饰和基因表达调控方面发挥重要作用的蛋白酶，通过影响酶活性或稳定性广泛参与植物的生长和发育过程。水稻基因组中共包含１７个ＨＤＡＣ基因，多数基因的功能和潜在机制尚不清楚，但已有研究发现过表达ＲＰＤ３型ＨＤＡＣ基因ＯｓＨＤＡＣ１能够促进水稻幼苗根系的生长，并改变水稻株型。

本研究功能鉴定结果显示，水稻ＯｓＨＤＡＣ１－ＲＮＡｉ株系的ＬＲ数量明显少于野生型，而过表达ＯｓＨＤＡＣ１则通过促进侧根原基形成使植株ＬＲ数显著增加。酵母双杂筛选发现，ＯｓＨＤＡＣ１与ＧＳＫ３／ＳＨＡＧＧＹ－ｌｉｋｅ激酶ＯｓＧＳＫ２互作。据报道，ＯｓＧＳＫ２通过抑制ＢＲ信号转导通路中的关键转录因子ＯｓＢＺＲ１的活性来负调控ＢＲ信号转导。与ＯｓＨＤＡＣ１功能相反，ＯｓＧＳＫ２负调控水稻ＬＲ形成。而ＢＲ处理和ＯｓＧＳＫ２突变均使ＬＲ数量增加。进一步分析发现，ＯｓＨＤＡＣ１促使ＯｓＧＳＫ２蛋白去乙酰化，并抑制其激酶活性。ＯｓＧＳＫ２的去乙酰化减弱了其与ＯｓＢＺＲ１的互作，促使ＯｓＢＺＲ１积累，ＯｓＢＺＲ１进而通过诱导ＯｓＩＡＡ１３并抑制ＯｓＩＡＡ１１表达来调控水稻植株ＬＲ的形成。

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