拟南芥转录因子ABI5和MYB30共调控ABA受体PYL12参与种子萌发的机制研究

Seed germination is a crucial process for plant growth and development, and it also significantly influences crop production. Arabidopsis thaliana transcription factor ABI5 plays a very important role in seed germination, but the downstream targets directly regulated by ABI5 in the process of seed germination is still not clear. Our previous study found that another key negative regulator of seed germination, Arabidopsis transcription factor MYB30, interacts with ABI5. ABI5 and MYB30 can bind to the promoter and regulate the expression of same target gene. Based on this fact, we identified many common targets of ABI5 and MYB30, which may function in seed germination, through the transcriptome sequencing and ChIP-seq analysis. One of the target genes is the ABA receptor PYL12, which is specifically expressed in seeds. Further study confirmed that ABI5 and MYB30 can function together to regulate the expression of PYL12 gene by binding to its promoter. This project will focus on the functional study of PYL12 and elucidate how ABI5 and MYB30 participate in seed germination by regulating PYL12 expression. This will provide new evidence for fully understanding the seed germination process and how the ABA signaling is precisely regulated in the process of seed germination.

种子萌发是植物重要的生理过程，直接影响作物的产量。拟南芥转录因子ABI5在种子萌发过程中具有非常重要的作用。但在种子萌发过程中，受ABI5直接调控的下游基因目前还不十分清楚。本项目前期的研究发现，同样参与种子萌发的转录因子MYB30可以和ABI5互作，通过结合在目标基因的启动子上，共同调控目标基因的表达。利用这个双转录因子共调控系统，通过转录组测序以及ChIP-seq分析等方法，我们找到多个ABI5和MYB30在萌发过程中的共调控基因，其中包括在种子中特异表达的ABA受体PYL12。经过验证发现，ABI5和MYB30可以通过结合PYL12基因的启动子，共同调控PYL12基因的表达。本项目希望通过对PYL12基因在种子萌发中功能的研究，阐明ABI5和MYB30如何通过调控PYL12基因参与种子萌发过程。这将为全面认识种子萌发过程，以及萌发过程中ABA信号转导如何被精确调控提供新的证据。

种子萌发决定着植物种群的繁衍和生存，也决定植物进入自然和农业生态系统的时间，直接影响作物的产量。脱落酸（absiaisic acid，ABA）作为调控种子休眠和萌发的关键植物激素，其具体调控机制目前尚未完全明晰。本项目发现了转录因子ABI5参与种子萌发ABA信号调控新的机制，鉴定了ABA受体PYLs基因作为ABI5的目标基因，并揭示了泛素E3连接酶MIEL1和转录因子MYB30调控单元对ABI5的功能调控。研究发现，种子萌发过程中，14个PYLs基因中的11个表达发生了显著变化，并受外源ABA影响。其中，PYL11和PYL12在成熟种子中特异性表达，它们正向调控ABA介导的种子萌发。在ABI5功能缺失突变体中，过表达PYL11和PYL12导致的ABA超敏感表型被全部或部分抑制。另一方面，ABI5可以通过与PYL11和PYL12的启动子直接结合来调节其表达。此外，在abi5突变体的萌发过程中，其他8个PYLs基因的表达也受到影响。这些结果表明，ABI5通过调控PYLs基因的表达参与ABA信号介导的种子萌发调控过程，揭示了种子萌发中ABA信号存在着PYL-ABI5-PYL的反馈调节机制。此外，我们发现了两个ABI5的互作蛋白MIEL1和MYB30。MIEL1通过泛素化修饰介导种子萌发过程中ABI5蛋白的降解。而MYB30通过和ABI5的互作，抑制ABI5的转录活性。与此同时，MIEL1同样介导了MYB30在种子萌发过程中的泛素化降解。ABA通过促进MIEL1的降解，抑制MIEL1与ABI5/MYB30的互作，释放ABI5和MYB30，在通过ABI5激活ABA信号的同时，利用MYB30来对ABA信号加以“限制”。本项目通过对ABI5在种子萌发中功能的研究，揭示了种子萌发过程中的ABA信号调控新机制，这将为全面认识种子萌发过程提供新的证据，并为农业生产上提高作物产量提供科学依据与基因资源。