华南植物园PLOS Genet发表遗传学成果

　　

生物通报道：6月22日，国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线刊登了中国科学院华南植物园和长江大学的一项研究成果，题为“OVATE Family Protein 8 Positively Mediates Brassinosteroid Signaling through Interacting with the GSK3-like Kinase in Rice”。华南植物园“****”研究员李建雄和长江大学生命科学学院院长田志宏教授，是本文共同通讯作者。

OVATE基因首先是在番茄中被克隆的（相关阅读：《科学》：发现控制果形的基因 ；一个基因缺失产生“梨形”番茄（图）），据证明它编码一个亲水蛋白，具有推测的双组分核定位信号，大约70个氨基酸的一个C端结构域，被指定为OVATE结构域，并且在番茄、拟南芥和水稻之间是保守的。作为一种植物特有的转录因子家族，OVATE家族蛋白（OFPs）控制着植物生长和发育的多个方面。序列分析表明，在拟南芥基因组中有18个OVATE基因。AtOFP1被证明可作为一个活跃的转录抑制因子，抑制着细胞的伸长。因为AtOFP1抑制着AtGA20ox1（关键的赤霉素GA生物合成酶基因）的表达，所以过表达AtOFP1的拟南芥植株表现出异常的形态学表型。据报道，在植物中AtOFP4与KNAT7(Knotted1-Like Homeodomain蛋白7)相互作用，这种相互作用可提高KNAT7的转录抑制活性，并调节次生细胞壁的形成。在拟南芥中，AtOFP5通过抑制BELL-KNOX TALE复合物的活性，对于正常胚囊发育是必不可少的。

科学家已经在水稻基因组中确定了31个公认的OFPs。在拟南芥中，越来越多的证据表明，AtOFPs通过调节靶基因的转录水平，参与植物生长和发育的多个方面，但是，OsOFPs在水稻中的功能和作用方式，我们仍然知之甚少。

Brassinosteroids(BRs)是一类植物特有的甾体激素，在结构上与动物类固醇相关。作为一组促生长的类固醇激素，BRs对于促进细胞扩张和分裂、调节衰老、雄性生育能力、水果成熟，以及调节植物对各种环境信号的反应，起着关键的作用。在拟南芥中进行的广泛研究，已经确定了一个近乎完整的BR信号通路，首先作为细胞膜受体的BRI1(Brassinosteroid insensitive 1)，它可感知和结合BR，然后启动一个磷酸化作用介导的级联反应，涉及BSK1 (BR-signaling激酶1)、BSU1(BRI1抑制因子1)、BIN2(BR-insensitive 2)和PP2A(蛋白磷酸酶2)，最后将细胞外信号转换成转录因子BZR1(Brassinazole resistant 1)。

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在这个信号通路中，BIN2充当一个负调节因子，与BZR1相互作用并以及使其磷酸化，以抑制其功能，从而阻止BR信号。BIN2还可以磷酸化Auxin Response因子2(ARF2)，导致ARF2的 DNA结合活性受到抑制，从而促进下游的生长素反应。此外，BR通过BIN2介导的YDA磷酸化，调节着气孔的发育。这些研究表明，BIN2在不同的细胞信号转导途径中充当一个“多面手”。

在水稻中，OsGSK2是拟南芥BIN2的配对物，充当一个负调节因子，传达BR信号。在OsGSK2超表达的植株中，OsBZR1的磷酸化形式是增加的，而在OsGSK2 RNAi植物中则是减少的，这表明OsGSK2通过OsBZR1而介导BR信号。除了OsBZR1之外，水稻中另外两个蛋白被发现是OsGSK2的底物。DLT(Dwarf和Low-Tillering)，编码一个GRAS家族蛋白，是OsGSK2的一个直接靶标，功能类似于OsBZR1。与DLT形成对比，OsLIC(LEAF和TILLER ANGLE INCREASED CONTROLLER)——OsGSK2的另一个底物，可充当OsBZR1的一个对抗转录因子，并在BR信号中起着消极的作用。这些研究表明，OsGKS2在BR信号中起着至关重要的作用。

这项研究报道称，在水稻中，OsOFP8在BR信号通路中发挥了积极的作用。BL处理可诱导OsOFP8的表达，并导致OsOFP8蛋白质的积累增强。功能获得突变体Osofp8和Osofp8超表达株系，显示出增强的叶节倾向，而OsOFP8 RNAi转基因株系则显示出更直立的叶表型，这表明Osofp8 BR参与了BR反应。

进一步的分析表明，OsGSK2可与OsOFP8相互作用并使其磷酸化。BRZ处理可导致OsOFP8的胞质分布，bikinin处理可减少OsOFP8的细胞质积累。通过OsGSK2的OsOFP8磷酸化是这种核输出所必需的。磷酸化的OsOFP8可穿梭到细胞质，并被靶定用于蛋白酶体降解。这些结果表明，OsOFP8是OsGSK2的一个底物，OsOFP8在植物生长和发育的中作用，至少部分是通过BR信号通路完成的。

（生物通：王英）

注：李建雄,男1990 年毕业于华中农业大学农学系获植物遗传育种学士学位，1995年获华中农业大学植物遗传育种硕士学位，1998年获华中农业大学作物遗传育种国家重点实验室分子生物学博士学位。1998-2000年，武汉大学生命科学院从事水稻细胞质雄性不育研究。2000-2002年，堪萨斯州立大学植物病理系访问科学家 (Visiting Scientist)，主要从事西红柿抗病基因Pto的信号传递及拟南芥非寄主抗性基因NHO1 的作用机理研究。2003-2005年，纽约州立大学石溪分校生物化学与细胞生物学系付研究员 (Research Associate)，从事农杆菌介导的遗传转化机制研究。2005-2008年，弗吉尼亚大学生物系研究科学家 (Research Scientist)，从事非洲牛豆对根部半寄生植物独脚金的抗性基因克隆，首次从豇豆中克隆了一个独脚金抗性基因。2009年，中国科学院华南植物园, “****”研究员。 

田志宏，长江大学生命科学学院院长，1986年毕业于南京农业大学作物遗传育种专业。1998年毕业于华中农业大学分子生物学专业，获理学博士学位。2001年在国家教育行政学院中青年干部班学习。2006年在香港大学高等教育管理班学习，曾赴德国、荷兰、香港和台湾等的大学及研究所进行学术交流访问。主要研究领域是植物遗传与分子生物学及水稻分子育种。主持了2项国家自然科学基金项目和多项湖北省重点科研项目，参与了“十一五”和“十二五”国家科技支撑计划及科技部农业科技成果转化项目等的研究，并承担了教育部及湖北省下达的教研项目研究。

生物通推荐原文摘要：
OVATE Family Protein 8 Positively Mediates Brassinosteroid Signaling through Interacting with the GSK3-like Kinase in Rice
Abstract：OVATE gene was first identified as a key regulator of fruit shape in tomato. OVATE family proteins (OFPs) are characterized as plant-specific transcription factors and conserved in Arabidopsis, tomato, and rice. Roles of OFPs involved in plant development and growth are largely unknown. Brassinosteroids (BRs) are a class of steroid hormones involved in diverse biological functions. OsGKS2 plays a critical role in BR signaling by phosphorylating downstream components such as OsBZR1 and DLT. Here we report in rice that OsOFP8 plays a positive role in BR signaling pathway. BL treatment induced the expression of OsOFP8 and led to enhanced accumulation of OsOFP8 protein. The gain-of-function mutant Osofp8 and OsOFP8 overexpression lines showed enhanced lamina joint inclination, whereas OsOFP8 RNAi transgenic lines showed more upright leaf phenotype, which suggest that OsOFP8 is involved in BR responses. Further analyses indicated that OsGSK2 interacts with and phosphorylates OsOFP8. BRZ treatment resulted in the cytoplasmic distribution of OsOFP8, and bikinin treatment reduced the cytoplasmic accumulation of OsOFP8. Phosphorylation of OsOFP8 by OsGSK2 is needed for its nuclear export. The phospphorylated OsOFP8 shuttles to the cytoplasm and is targeted for proteasomal degradation. These results indicate that OsOFP8 is a substrate of OsGSK2 and the function of OsOFP8 in plant growth and development is at least partly through the BR signaling pathway.