VQ蛋白与ABI5互作调控ABA信号转导及种子萌发的分子机制

ABI5 transcription factor, a crucial regulator of ABA signaling, positively modulates ABA-inhibited seed germination and early seedling growth. Identifying potential interacting partners of ABI5 and further elucidating biological consequences of those physical interactions will enhance our understanding of ABA signaling. Recently, we found that two VQ proteins, VQ18 and VQ26, physically interact with ABI5. VQ18 and VQ26 were predominantly expressed in dry seeds and strongly induced by ABA treatment. Phenotypic analysis showed that decreasing the expression of VQ18 and VQ26 simultaneously rendered plants hypersensitive to ABA during seed germination, indicating that VQ18 and VQ26 negatively regulate ABA-repressed seed germination. These results suggest that VQ18 and VQ26 proteins may be directly involved in ABA signaling through physically interacting with ABI5 transcription factor. To further test this possibility, we will undertake molecular and genetic approaches in this project to further clarify the roles of VQ18 and VQ26 in mediating ABA responses. To determine whether VQ18 and VQ26 genetically interact with ABI5, we are planning to generate abi5 vq18 vq26 triple mutant plants through crossing and examine their performances in response to ABA during seed germination. Moreover, we will investigate whether VQ18 and VQ26 affect the transcriptional function, DNA-binding activity, and/or degradation of ABI5. Our study not only contributes to explore the molecular mechanisms of ABI5-mediated ABA signaling, but also helps understand the biological functions of VQ proteins in regulating physiological processes.

ABI5蛋白是ABA信号转导途径中的关键转录因子之一，参与调控ABA抑制的种子萌发及萌发后生长发育过程。鉴定ABI5的互作蛋白，并阐明它们对ABI5的调控功能，对于深入理解ABI5调控的信号通路具有重要的意义。在前期研究中我们发现VQ家族蛋白VQ18和VQ26能与ABI5相互作用形成转录复合物。VQ18和VQ26主要在种子中表达，并负调控ABA介导的种子萌发过程。为了深入研究ABI5-VQ转录复合物调控ABA信号通路的分子机制，本项目将采用分子生物学、遗传学及生物化学的方法手段，系统分析VQ18和VQ26调控ABA反应的生物学功能，揭示它们与ABI5之间的遗传关系，并详细阐明它们对ABI5转录活性、DNA结合能力或蛋白稳定性的调控功能（即阐明它们调控ABI5的分子机制）。本项目的研究结果不仅有助于人们全面解析ABI5调控ABA反应的信号网络，还将有助于人们综合认识VQ家族成员的生物学功能。

VQ家族是一类植物特有的转录调节蛋白，在拟南芥中拥有34个成员。然而，它们的生物学功能及调控机制仍需深入研究。ABA激素是植物体内重要的调节物质，广泛参与调控植物的生长发育和抗逆反应。目前关于VQ蛋白调控ABA信号转导的研究还非常有限。. 本项目系统研究了VQ家族成员VQ18和VQ26与ABI5转录因子相互作用，调控ABA信号转导及种子萌发的分子机理。本项目构建了VQ18和VQ26的高表达转基因植物和缺失突变体（包括双突变体）等实验材料，并详细分析了它们在ABA反应及种子萌发方面的表型，确定了VQ18和VQ26负调控ABA信号转导的功能；分析了VQ18和VQ26的表达谱，结果表明VQ12和VQ29基因主要在种子萌发早期阶段表达，并受到ABA的诱导，编码的蛋白定位于细胞核；构建了VQ18、VQ26及ABI5的三突变体并分析其表型，明确了VQ18/VQ26位于ABI5的上游发挥调控功能；详细验证了VQ18/VQ26与ABI5的相互作用关系，结果表明VQ18/VQ26与ABI5在植物细胞核内相互作用形成蛋白复合物；重点研究了VQ18/VQ26与ABI5之间可能存在的调控效应，发现VQ18/VQ26能拮抗ABI5的转录功能。此外，还揭示了ICE1可与ABI5和DELLA蛋白互作形成转录复合物，从而精密调控ABA信号传导及种子萌发；揭示了茉莉酸调控植物根毛和气孔发育的功能或分子机理。. 近年来的研究表明，VQ蛋白参与调控植物的逆境响应，但是人们对于它们调控植物抗逆反应的分子机理还知之甚少。本项目发现VQ18和VQ26受ABA诱导表达，并负调控ABA信号转导及种子萌发。机理研究表明VQ蛋白能与ABI5互作形成复合体，进而抑制ABI5的转录功能。本项目研究结果不仅有助于人们深入理解植物VQ蛋白的生物学功能和ABA的信号网络，而且也有助于人们利用基因工程技术改良农作物的抗逆性。