本次推荐文章为5月28日黄进课题组文献分享组会上，由周映旭（2023级 生物技术与工程 硕士研究生）分享的题为“A stress-associated protein OsSAP8 modulates gibberellic acid biosynthesis by reducing the promotive effect of transcription factor OsbZIP58 on OsKO2”的文章。

 

内容简介

植物激素赤霉素（gibberellins，GAs）是一类非常重要的激素，参与植物生长发育、种子萌发等多个生物学过程。已有研究表明，植物贝壳杉烯氧化酶基因家族（Kauricarene oxidase, KO）参与到赤霉素的合成途径当中。本文作者在之前的研究中发现水稻当中OsKO1的表达影响赤霉素的合成。此外，作者还利用酵母单杂交（yeast one hybrid, Y1H）技术以OsKO1启动子序列为诱饵序列对其上游结合蛋白进行了筛选时，还筛选出包括水稻胁迫相关蛋白家族成员OsSAP8在内的六个基因。胁迫相关蛋白(Stress associated protein, SAPs)是一组锌指蛋白，其结构域组成在不同物种中高度保守。据报道，在植物中，SAPs具有调控植物生长发育以及提高植物对包括低温、高温、干旱、高盐度和重金属等多种非生物胁迫耐受性的作用。由于已有研究表明OsSAP4与GA合成相关，并且OsSAP4和OsSAP8之间有非常高的同源性，因此，作者将OsSAP8作为后续研究的对象开展了本研究（Fig. 1）。

Fig. 1

作者通过实时荧光定量PCR以及GUS荧光染色分析发现OsSAP8在水稻植株中均有广泛表达，但叶片中表达更高。并且发现，随着种子的萌发，OsSAP8的表达量逐渐降低，因此作者推测OsSAP8可能在种子萌发前期发挥作用（Fig. 2）。

Fig. 2

作者随后通过Y1H以及EMSA技术分析进一步证明了OsSAP8与OsKO2启动子序列的结合，并且通过亚细胞定位观察发现OsSAP8同时定位于细胞核和细胞质。由于OsSAP8可以定位于细胞核并且与OsKO2启动子序列结合，因此作者推测OsSAP8可能作为转录调控因子调控OsKO2的转录（Fig.3）。

Fig.3

为了探究OsSAP8是否是与种子萌发相关，作者构建了OsSAP8的过表达以及突变体水稻进行分析，结果显示OsSAP8突变体与对照种子萌发率无显著差异，但过表达水稻的种子萌发率则显著低于对照。此外，过表达植物中的赤霉素含量也显著降低，因此作者认为OsSAP8可能通过降低水稻GA含量从而抑制种子的萌发（Fig. 4）。

Fig. 4

随后作者通过表达量分析发现，在OsSAP8的突变体植株中GA合成以及ABA合成相关基因的表达量明显高于野生型，而过表达植株中则正好相反，进一步证明了OsSAP8能够降低GA以及ABA的合成。作者发现外源GA处理的初期OsSAP8的表达被抑制，但随后其表达又被诱导（Fig. 5），该结果表明OsSAP8对GA的调控可能是复杂的。

Fig. 5

作者通过外源添加脱落酸（ABA），发现ABA能够降低种子的萌发率。此外，外源添加的ABA能够消除转基因植物与野生型植物之间OsSAP8表达量的差异。因此，这一研究证明了OsSAP8不仅影响赤霉素（GA）的合成，也影响ABA的合成（Fig.6）。

Fig.6

目前，GA合成的相关信号通路研究较为深入。在水稻中，OsbZIP58与OsLOL1相互作用，并与OsKO2启动子序列结合，从而调控OsKO2的表达，进而影响赤霉素的合成。基于本文的研究结果，OsSAP8也能够与OsKO2启动子结合并影响赤霉素的合成。为了进一步探究OsSAP8、OsLOL1和OsbZIP58三者之间的关系，作者开展了双分子荧光互补、酵母双杂交及EMSA分析。分析结果表明，OsSAP8、OsLOL1和OsbZIP58三者之间能够两两互作，并形成复合物。此外，OsSAP8的参与显著降低了OsLOL1和OsbZIP58对下游基因的转录激活作用（Fig. 7）。

Fig. 7

 

文献总结与分析

在本文中作者发现，OsLOL1及OsbZIP58能够与OsbZIP58的启动子区域结合促进该基因表达来促进赤霉素合成。而水稻胁迫相关蛋白家族成员OsSAP8通过与OsLOL1及OsbZIP58互作形成复合物从而抑制它们对OsKO2的转录激活作用，进而抑制赤霉素合成从而抑制种子的萌发。

 

 

于本课题组启示

本课题组2023级生物工程硕士研究生周映旭所负责的课题力求探索水稻OsSAPs家族中的多个成员的功能及作用机理。目前关于OsSAPs家族的研究报道相对较少。本研究揭示了水稻OsSAP8能够通过调控植物激素的合成来调控植物的生长发育，为我们后续探索OsSAPs家族其他成员的作用机理提供了可借鉴的思路。在后续对于OsSAPs家族成员Y1H、Y2H筛选出的候选基因进行分析时，我们也将重点关注植物激素合成相关或KO家族相关基因。