光敏色素相互作用因子（PIFs）在花生荚果发育初期的作用研究

After fertilization, the zygote cell divides only few times and then the embryo and pod development is arrested in continuous sun light or regular day/night photo period. When the elongating gynophore pushes the ovary to the soil, the embryo and pod development resumes under dark condition. Light prevented embryo and pod development, however, little is known about the molecular mechanism of light-regulation on embryo and pod development. Phytochrome interacting factors (PIFs) are key components of light signaling and they link light signals to the signaling of phytohormones, such as gibberellin (GA), brassinosteroid (BR) and ethylene, in regulation of plant growth and development. In this work, we will clone the PIF family genes based on our gynophore transcriptome sequence information. The mRNA and protein accumulation of PIFs will be quantified before and after gynophore soil penetration, before and at the beginning of pod enlargement. The proteins interaction mode between PIFs and DELLA, BZR1 and EIN3 will be studied. The effects of over expression and RNAi of PIFs on phytohormone signals of GA, BR and ethylene and key genes of embryo development will be determined in transgenic peanut. This work will elucidate the role of PIFs on peanut pod development and provide experimental data for understanding the molecular mechanism of light inhibition of peanut pod development.

花生双受精后合子仅分裂几次就停止发育，子房没有膨大。子房柄却不断伸长形成"果针"。当果针将位于其顶端的子房推入土壤后，在黑暗条件下胚胎和子房的发育重新启动。光信号抑制了花生胚胎和子房的发育，但其分子机理尚不清楚。 光敏色素相互作用因子（PIFs）是光信号传导途径的关键转录因子，能与赤霉素、油菜素内酯、乙烯等激素信号互作，影响植物的生长发育。本项目将在花生转录组分析的基础上克隆花生PIF家族的基因，检测花生果针入土前后荚果发育重新启动关键时期PIFs 在mRNA和蛋白水平的积累模式；验证PIFs与DELLA、EIN3、BZR1等的互作关系；研究PIF在花生中过量表达和抑制表达对赤霉素、油菜素内酯和乙烯信号以及胚胎发育关键基因的影响。通过研究光信号对激素信号及下游胚胎发育关键基因的调控，分析PIFs在花生果针入土前后荚果膨大前后对下游基因的调控，阐明光信号抑制花生荚果发育的分子机理。

在光照条件下，花生双受精后合子仅分裂几次就停止发育，当位于果针顶端的胚珠被推入土壤后，在黑暗条件下胚胎发育重新启动。可见，光信号是调控胚胎发育的关键因素。拟南芥中的研究发现光信号能与赤霉素（GA）、油菜素内酯（BR）等激素信号互作，调控植物的生长发育过程。因此，本项目（1）在花生转录组测序以及野生种全基因组测序的基础上，利用RACE和同源克隆等技术克隆了光信号（phyA、phyB、PIFs）、赤霉素（DELLA）以及BR（BRI1，BKI1 和BZR1）信号转导过程中的关键基因，其中phyA、phyB和PIFs家族基因成员个数分别为2、1和6，DELLA家族4个成员，BRI1、BKI1和BZR1家族各1个成员；（2）qRT-PCR分析发现， AhphyA、AhphyA-like、AhphyB和AhphyE在果针S1（地上果针，未膨大）、S2（果针入土3天，未膨大）和S3（入土9 d膨大的果针）三个发育时期的表达差异不大。而AhPIF3和AhPIF3-like1、BRI1、BKI1和 BZR1表达差异显著，表明PIF3和BR信号关键基因可能在转录水平参与了花生荚果发育过程。Western Blot结果表明，在花生果针发育的S1和S2期，均未检测到AhphyA和AhphyB蛋白的积累，而在S3中检测到AhphyA和AhphyB的积累。说明AhphyA和AhphyB可能在蛋白水平参与了花生荚果发育的过程。（3）利用酵母双杂交技术证明AhphyA、AhphyA-like和AhphyB的C端均能与AhPIF3和AhPIF3-like1互作。另外，AhPIF3和AhPIF3-like1能够在酵母体内形成异源二聚体，说明这两个成员之间存在互作关系。（4）AhphyARNAi转基因花生株系出现了地上结果的表型，而phyA过量表达株系（OEAhphyA）地上果针数量增多，但不膨大。以地上未膨大果针为材料进行表达谱分析，发现在OEAhphyA株系中，GA合成基因下调，代谢基因上调，导致GA含量下降。利用不同光质对转基因株系进行处理，发现OEphyA在红光和远红光下下胚轴显著短于对照，激素测定结果表明在对照和转基因株系中，IAA含量变化不大，而OEphyA中GA含量显著下降。综合上述结果，我们推测，光信号可能通过phyA调控了GA的含量来影响果针的膨大。