GASA6在GA、ABA以及糖信号互作网络中的功能研究

激素间相互作用以及与环境因子之间互作的网络调控研究对最终阐明植物生长发育机制具有重要科学意义。GA、ABA以及糖在拟南芥种子萌发和早期幼苗生长中的作用已有不少研究，而连接三条信号通路的关键组分未见报道。我们的前期工作发现，拟南芥GASA家族基因中的GASA6可能是赤霉素（GA）信号组分DELLA的下游基因，GASA6缺失突变体gasa6对外源脱落酸（ABA）敏感并特异性地对高浓度葡萄糖超敏感，因此推测GASA6在GA、ABA以及糖信号的互作网络中起作用。本项目拟采用生理学、分子生物学、生物化学以及分子遗传学手段，研究拟南芥种子萌发与幼苗早期生长中GASA6的功能，阐明GASA6在GA、ABA和糖互作信号网络中的位置。本项目研究对推进植物激素间信号互作网络机制的研究具有重要意义。

赤霉素（GAs）是传统的五大类激素之一，调控了植物生长和发育的许多过程。1992年在番茄中报道的GAST1（Gibberellic Acid -Stimulated Transcript 1）就是GA反应中的相关基因。此后在拟南芥中鉴定出15个同源的基因，称之为GASA家族基因。本项目主要有两个研究目标，一是开展拟南芥GASA6在种子萌发和幼苗早期生长中的功能研究，二是研究该基因在GA、ABA和糖信号互作网络中的作用和位置。三年来获得了以下主要结果：1）利用GUS染色方法观察了GASA6基因的时空表达模式，该基因在幼苗的根尖和侧根生长点有很强的表达，同时在幼苗的下胚轴、子叶和真叶的叶柄及维管组织中也有很强的表达。在种子萌发过程中的胚根突破胚乳时，GASA6基因在胚轴及胚根处有明显的表达。外源施加GA3促进种子萌发，也促进GASA6表达；相反，外施 ABA、葡萄糖以及GA合成抑制剂PAC抑制种子萌发，也抑制GASA6表达，RT-PCR研究结果与GUS染色结果一致，说明GASA6在种子萌发过程中可能具有重要功能。 2）构建并筛选了GASA6超表达纯合植株 (35S::GASA6)以及gasa6插入突变体纯合植株，表型分析结果表明，种子萌发中，35S::GASA6对ABA、6%葡萄糖以及GA合成抑制剂PAC的敏感性下降，萌发提前，说明GASA6参与了GA、ABA以及糖胁迫对种子萌发的影响。进一步实验证明，GASA6通过促进胚轴细胞的伸长和扩展发挥促进萌发的作用，此外，该基因通过促进下胚轴和根的伸长来促进早期幼苗的生长。为了深入研究GASA6如何促进胚轴细胞的生长，利用PA-PI双荧光染色法检测了GASA6相关突变体在不同条件下的种子萌发过程中，胚轴伸长区细胞大小变化以及碳水化合物积累的情况，结果表明，超表达GASA6基因在促进种子萌发时促进了细胞碳水化合物的积累和细胞生长，这种变化可能与脂肪的转化相关。3）利用一系列DELLA、ABA和葡萄糖信号相关突变体研究了GASA6在GA、ABA以及葡萄糖信号途径中的可能作用以及作用位置。首次发现GA信号途径与糖信号途径具有相互关系，从基因水平证实GASA6参与了GA、ABA 和糖的互作信号网络，分别在GA信号组分DELLA、ABA信号组分ABI和葡萄糖信号组分GIN、GIN2的下游，本研究勾画出了推测的信号网络图。