《Advanced Science》：TED1 Promotes the Assembly of SCFD3-D14-D53 to Reinforce Strigolactone Signaling in Rice
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独脚金内酯（SLs）是一类萜内酯激素，可抑制植物分枝，例如水稻的分蘖。在水稻（Oryza sativa L.）中，SLs促进SCFD3-D14-D53复合体的组装，进而触发SL信号抑制因子D53的泛素化与降解，从而激活下游响应。本研究鉴定出TED1——SWR1
独脚金内酯（SLs）是一类萜内酯激素，可抑制植物分枝，例如水稻的分蘖。在水稻（Oryza sativa L.）中，SLs促进SCFD3-D14-D53复合体的组装，进而触发SL信号抑制因子D53的泛素化与降解，从而激活下游响应。本研究鉴定出TED1——SWR1样染色质重塑复合体的一个支架亚基——作为SL信号的关键正调控因子，促进SCFD3-D14-D53复合体的组装。ted1突变体对SL类似物5-脱氧独脚金醇（5DS）和外消旋GR24的敏感性降低，导致分蘖增加和矮化。研究人员证明，TED1不依赖SL与D53互作，并依赖SL与D14互作，从而增强D14与D53或D3之间的互作，进而有效促进D53的泛素化和降解。此外，研究还表明，TED1同源物的C端延伸在经典的染色质重塑功能之外，进化出了增强SL信号的新关键功能，这可能代表了高等植物增强顶端优势的关键创新。
**论文解读：TED1通过促进SCFD3-D14-D53复合体组装增强水稻独脚金内酯信号传导**
**一、研究背景与问题**
独脚金内酯（Strigolactones, SLs）是一类由类胡萝卜素衍生的萜内酯类激素，最初被发现可刺激寄生植物列当（Striga lutea）种子萌发和丛枝菌根真菌菌丝分枝，随后被证实能够抑制高等植物分枝。在水稻中，SL信号通路的核心组分已较为清楚：α/β折叠水解酶D14作为SL受体，D3作为F-box蛋白与Skp1和Cullin形成SCF型E3泛素连接酶，D53作为信号抑制因子。当SL存在时，D14感知SL并促进SCFD3-D14-D53复合体组装，导致D53被泛素化并通过26S蛋白酶体降解，从而激活下游响应。然而，SCFD3-D14-D53复合体组装过程是否受到其他蛋白因子的调控尚不清楚。此外，SWR1染色质重塑复合体亚基PIE1在拟南芥中突变后表现出分枝增加、顶端优势减弱等表型，但其调控分枝的分子机制一直未被阐明。因此，鉴定水稻中参与SL信号调控的新因子并揭示SWR1样蛋白与分枝调控的联系，具有重要科学意义。
**二、研究内容与结论**
研究人员利用CRISPR/Cas9突变体库在水稻粳稻品种Kitaake中筛选到一个矮化且分蘖增多的突变体ted1-1，并通过图位克隆和互补实验证实TED1为致病基因。TED1编码一个SWR1样染色质重塑蛋白，与拟南芥PIE1和酵母SWR1同源。研究发现，ted1突变体对SL类似物5DS和rac-GR24的敏感性显著降低，其根分泌物中天然SL（4DO）含量升高，表明TED1参与SL信号传导。生化实验表明，TED1通过其C端区域不依赖SL与D53互作，并在SL存在时增强与D14的互作，进而促进D14与D53或D14与D3的互作，从而高效促进D53的泛素化和降解。遗传分析显示，ted1-1与d14双突变体表型类似于d14，而ted1-1与d53双突变体可恢复至野生型表型，证明TED1作用于D53上游。进化分析显示，TED1同源蛋白的C端延伸在藻类中起源，并在大多数高等植物中保留，而柏科植物中SWR1样蛋白C端较短且呈丛生型，与ted1突变体类似。功能实验表明，将植物TED1/PIE1的C端融合到酵母SWR1的N端，可增强其对水稻分蘖的抑制作用。综上，TED1通过其C端延伸获得增强SL信号的新功能，促进SCFD3-D14-D53复合体组装，这是高等植物增强顶端优势的一种新机制。
**三、关键技术与方法**
该研究主要使用了以下技术方法：基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术构建水稻突变体库；通过表型鉴定和遗传分析（包括杂交、Chi-square检验）确定突变体的遗传模式；利用农杆菌介导的遗传转化进行基因互补和过表达验证；采用RT-qPCR和RNA原位杂交分析基因表达模式；运用酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）、免疫共沉淀（Co-IP）、体外Pull-down、半体内Pull-down和体外泛素化实验检测蛋白互作及D53泛素化降解；利用LC-MS/MS定量根分泌物中的SL含量；使用AlphaFold3进行蛋白质三维结构预测。植物材料为水稻品种Kitaake，烟草用于瞬时表达。
**四、结果分述**
**2.1 ted1-1突变体的表型鉴定**：从CRISPR/Cas9突变体库中获得5个ted1等位突变体，均表现矮化和分蘖增多。ted1-1分蘖数约为野生型的3倍，株高降低源于穗长和节间I-III缩短。pActin::TED1转化ted1-1可恢复其表型，证实TED1为致病基因。
**2.2 TED1编码SWR1样蛋白**：序列分析显示TED1含有HSA、DEXDc、HELICc结构域及两个Coiled-coil结构域。全长CDS约6135 bp，编码2044个氨基酸。由于全长蛋白难以表达，研究人员采用分段表达和密码子优化策略。TED1定位于细胞核，在根、茎、叶、叶鞘、穗和幼芽中广泛表达，并在茎尖分生组织、分蘖芽和幼叶中富集。
**2.3 TED1通过H2A.Z介导的染色质重塑对分蘖调控作用有限**：酵母双杂交发现TED1-N与三个H2A.Z变体（H2AV1/2/3）互作。但H2AV单突变、双突变和三突变体仅部分表现出微弱的分蘖增加或与野生型相当，说明TED1对分蘖调控可能主要通过其他途径。
**2.4 ted1突变体对SL敏感性显著降低**：RT-qPCR显示ted1-1中D53、D3、D14、FC1、D27、D17表达下降，D10上调；TED1在多种SL突变体中也下调，且受磷缺乏诱导。表型实验显示，1μM 5DS处理不能抑制ted1-2分蘖，ted1-1仅轻微抑制；rac-GR24处理部分抑制ted1-1但几乎不抑制ted1-2。ted1-1和ted1-2根分泌物中4DO含量高于野生型。尽管D14和D3转录水平在ted1-1中降低，但蛋白水平无显著变化，过表达D14也不能恢复ted1-1表型，排除TED1通过调控D14/D3丰度发挥作用的可能。
**2.5 TED1与D14和D53互作**：BiFC和Pull-down证实TED1与D14（依赖rac-GR24）及D53互作，不与D3直接互作。TED1的C端区域（含HELICc和Coiled-coil等）负责与D14和D53互作。ted1-1和ted1-2截短的C端蛋白（TED1-C-MT1和MT2）仍可与D14互作，但均不能与D53互作，其中MT2与D14互作更弱，与ted1-2表型更严重一致。
**2.6 TED1促进D53的泛素化和降解**：Western blot显示ted1-1和d14中D53蛋白累积。rac-GR24可诱导野生型D53降解，但在ted1-1和d14中失效。体外泛素化实验表明，野生型总蛋白可高效泛素化D53，而ted1-1和d14总蛋白泛素化活性降低。半体内Pull-down显示，TED1增强D14与D53及D14与D3的互作（依赖rac-GR24）；体内Co-IP也证实TED1-FLAG促进D14与D53或D3的互作。ted1-1与d53crispr双突变体表型恢复至野生型，证明TED1作用于D53上游。
**2.7 TED1同源物与D14同源物的互作在植物中可能保守**：拟南芥PIE1的C端片段（含HELICc、SANT等）可与AtD14在rac-GR24存在时互作；酵母SWR1-C的HELICc片段仅与水稻D14互作，不与AtD14互作。过表达PIE1可显著恢复ted1-1表型，而过表达酵母SWR1仅部分恢复，说明植物SWR1同源物已获得有效的SL信号功能。
**2.8 TED1样蛋白通过C端延伸获得新的D53结合能力**：系统发育分析显示TED1同源物分布于真菌、藻类、苔藓、蕨类、裸子、双子叶和单子叶植物。柏科植物SWR1样蛋白C端较短，呈丛生型（弱顶端优势）；而松科和红豆杉科植物C端较长，呈乔木型（强顶端优势）。所有测试的9种藻类SWR1样蛋白的延长C端均能与D53互作。将PIE1或TED1的C端融合至酵母SWR1的N端（SWR1N-PIE1C、SWR1N-TED1C）在ted1-1中表达，比分隔的SWR1更有效地降低分蘖数，证明C端延伸增强对分蘖的抑制能力。
**2.9 TED1-C5区域可能是组装三元复合体的关键锚点**：AlphaFold3预测TED1、D14和D53可形成三元复合体，TED1-C5区域的多个残基（如R1706、H1697、Y1709、R1708、S1698）通过氢键与D14及D53互作，其中R1706同时与D14和D53形成氢键，可能协调复合体组装。
**五、讨论与结论**
本文发现TED1是SL信号的正调控因子。在SL存在时，TED1与D14和D53互作，增强D14-D53和D14-D3互作，促进SCFD3-D14-D53复合体组装，导致D53高效泛素化并降解，从而抑制分蘖。与经典的SWR1染色质重塑功能相比，TED1通过C端延伸获得的新功能在进化上可能增强了顶端优势。该研究揭示了一种通过C端延伸实现基因新功能化的进化机制，为理解染色质重塑因子参与激素信号转导提供了新视角。结论部分强调，TED1作为SWR1样染色质重塑复合体的支架亚基，通过其C端结构域不依赖SL与D53互作、依赖SL与D14互作，增强D14-D53和D14-D3互作，促进SCFD3-D14-D53复合体组装，最终抑制水稻分蘖。该研究不仅阐明了TED1介导SL信号调控的新分子机制，也为染色质重塑因子在植物激素信号转导中的功能进化提供了新见解。
