转录因子WRKY23通过对黄酮醇生物合成的局部控制，辅助拟南芥根系发育过程中的生长素分布模式外文翻译资料

 2023-01-07 10:01

Transcription factor WRKY23 assists auxin distribution patterns during Arabidopsis root development through local control on flavonol biosynthesis

转录因子WRKY23通过对黄酮醇生物合成的局部控制，辅助拟南芥根系发育过程中的生长素分布模式

Wim Grunewalda,b,c,1, Ive De Smeta,b,d, Daniel R. Lewise, Christian Louml;fkef, Leentje Jansena,b, Geert Goeminnea,b, Robin Vanden Bosschea,b, Mansour Karimia,b, Bert De Rybela,b,2, Bartel Vanholmea,b, Thomas Teichmannf, Wout Boerjana,b, Marc C. E. Van Montagub,1, Godelieve Gheysenc, Gloria K. Mudaye, Jiˇriacute; Frimla,b, and Tom Beeckmana,b,1

aDepartment of Plant Systems Biology, VIB, 9052 Ghent, Belgium; bDepartment of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University, 9052 Ghent, Belgium; cDepartment of Molecular Biotechnology, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, 9000 Ghent, Belgium; eDepartment of Biology, Wake Forest University, Winston-Salem, NC 27109;fAlbrecht-von-Haller-Institut fuuml;r Pflanzenwissenschaften, Georg-August-Universitauml;t Gouml;ttingen, 37073 Gouml;ttingen, Germany; and dPlant and Crop Sciences Division, School of Biosciences, University of Nottingham, Loughborough LE12 5RD, United Kingdom

Contributed by Marc C. E. Van Montagu, December 22, 2011 (sent for review August 26, 2011)

摘要：植物激素生长素的梯度依赖于其活跃的细胞间运输，对维持根系分生组织活性至关重要。这种定向运输在很大程度上是由一种复杂的相互作用的特定流入和流出载体，分别介导生长素流入和流出细胞。除了这些转运蛋白，植物特有的多酚类化合物黄酮醇也被证明是生长素转运的内源性调节因子。然而，有关黄酮醇的合成是如何发育调控的信息还很有限。通过功能还原和过表达的方法，我们证明WRKY23转录因子通过刺激黄酮醇的局部生物合成，对根的正常生长和发育是必需的。WRKY23自身的表达由生长素通过生长素应答因子7 (ARF7)和ARF19转录应答途径调控。我们的结果提出了一个模型，其中WRKY23是生长素自身通过黄酮醇生物合成的局部调控转运的转录反馈环的一部分。

关键词：黄酮类化合物； 侧根； WRKY

植

物的生长发育具有周期性的器官发生和对环境条件的不断适应等特点。这些有趣的特征依赖于建立和维持分生组织活动的能力。根系分生组织活性的从头诱导和维持均受植物激素生长素的梯度调控（1-3）。尽管一些植物组织能够合成生长素（4，5），安装和维护的生长素maxima是主要由极地生长素运输(6)介导的。除了众所周知的生长素的输入 （AUXIN RESISTANT 1/LIKE AUX1）和输出（PIN-FORMED [PIN] and ABCB/P-GLYCOPROTEIN/MDR）蛋白质（7-10），额外的监管机构协调整个植物生长素的流动。例如，黄酮醇(植物特异性多酚类化合物)被认为是内源性生长素转运调节剂，其竞争对手是合成的生长素转运抑制剂1-N-萘基酞酸（11）。虽然黄酮醇调控的分子靶点尚不清楚，但遗传学和药理学证据清楚表明，这些次级代谢产物作为生长素转运的负调控因子发挥作用（12-18）。黄酮醇生物合成最近被证明是由生长素通过转运抑制反应1 （TIR1）生长素受体依赖途径诱导的（16）。然而，我们对黄酮醇生物合成是如何在开发过程中进行微调，并对内部和环境信号作出反应的理解仍然有限。在这里，我们报道了WRKY家族成员的功能特征，WRKY家族是一个大型的、植物特异性转录因子类，与病原菌攻击、机械应激和衰老反应有关（19）。我们的结果表明，正确表达WRKY23对根的正常发育至关重要，错误表达WRKY23会干扰生长素的分布，导致分生组织缺陷。遗传学、转录组学和生物化学数据表明，WRKY23通过刺激黄酮醇的生物合成来发挥其功能。

结果

WRKY23的剂量控制根系干细胞生态位的维持。WRKY23已被鉴定为参与植物寄生线虫相互作用的生

Author contributions: W.G., I.D.S., G. Gheysen, J.F., and T.B. designed research; W.G., I.D.S., D.R.L., C.L., L.J., G. Goeminne, R.V.B., B.D.R., and B.V. performed research; M.K., T.T., W.B., and G.K.M. contributed new reagents/analytic tools; W.G., I.D.S., M.C.E.V.M., and T.B. analyzed data; and W.G., I.D.S., and T.B. wrote the paper.

The authors declare no conflict of interest.

1To whom correspondence may be addressed. E-mail: wigru@psb.ugent.be, tobee@psb. ugent.be, or mamon@psb.ugent.be.

2Present address: Laboratory of Biochemistry, Wageningen University, 6703 HA Wagenin- gen, The Netherlands.

This article contains supporting information online at www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10. 1073/pnas.1121134109/-/DCSupplemental.

WRKY23控制根干细胞生态位的维持。（两者）WRKY23::WRKY23RNAi植株表现为WT表型变异植物（第I类）（A）至轻微（第II类）（B）及强烈（第III类）（C）幼苗的影响。（D）拟南芥根尖示意图。蓝色、质量控制；浅粉红色，小柱首字母；粉红色，小柱根帽；棕色，侧根帽（E-G） WT （E）的一次根尖（94.1%；n = 17），第II类WRKY23::WRKY23RNAi（F）（91.9%；n = 62），35S::WRKY23-SRDX（G）（96.7%；n = 30）幼苗。白色箭头表示额外的划分，和星号表示柱状细胞行。（H） WRKY23异位表达减少根的生长（左，WT；35 s::WRKY23）。WT （I和K）和35S::WRKY23 （J和L）根尖的Q0680 （I和J）和QC184 （K和L）标记分析。箭头指向柱首字母。

素诱导基因（20）。同样的基因也出现在微阵列实验中，作为根分生组织形成过程中转录网络的潜在关键组成部分（21-23），推动了对其在发育过程中作用的深入研究。

公开获得的T-DNA插入系中没有一条与WT幼苗表现出明显的表型差异，这可能是由于缺乏WRKY23转录减少（20）。为了克服这种功能分析的局限性，我们并行地进行了表达还原（RNAi）和过表达分析。独立的WRKY23::WRKY23RNAi株系显示WRKY23转录本水平降低80%（图S1A）表现出可变表型，我们将其分为三类：无明显缺陷的幼苗（第I类；70.8%的后代）、根短和/或无氮肥的幼苗（第II类；21.5%的后代）以及发育严重受损的幼苗（第III类；7.7%的后代）（图1A-C）。仔细观察II类幼苗，发现侧根密度降低50%（图S1B），根尖组织缺陷（图1 D-F和图S1 D-F）。根系干细胞生态位组织不完整，细胞过多，特别是侧根帽细胞过多，导致WRKY23:: WRKY23RNAi根尖肿胀（图S1E）。为了确保这些发育缺陷完全是由于WRKY23转录本丰度降低造成的，我们首先使用定量（q）RT-PCR检测了WRKY23在

WRKY23::WRKY23RNAi幼苗中几个密切同源体的表达情况。这表明，经检测的WRKY23同源蛋白均未出现明显差异表达（图S1A）。接下来，为了证实WRKY23::WRKY23RNAi株系的表达表型减少，我们使用了SRDX抑制子域，这是一种短的12氨基酸基序，可以将转录因子转化为显性抑制子（24）。然而，这意味着转录因子起着激活因子的作用。为了研究这一点，我们使用了烟草细胞的瞬时表达实验（25）。C端和N端WRKY23-GAL4融合均能激活UAS::LUCIFERASE结构（图S1C），说明WRKY23是一种转录激活因子。随后，利用广泛表达的35S启动子驱动WRKY23- SRDX翻译融合产生转基因植株（26）。35S::WRKY23-SRDX幼苗侧根较少，初生根系无营养，生长速率降低（图S1H）。与WRKY23::WRKY23RNAi相似，35S::WRKY23-SRDX 根尖增大，细胞图案出现缺陷（图1G和S1G）。因此，两种独立的方法表明，WRKY23是组织根尖、侧根发育和根系重力响应所必需的。

为了检验WRKY23异位表达对根系发育的影响，我们选取了几条WRKY23转录水平较高的株系，其中WRKY23受全球35S启动子（35S::WRKY23）或RPS5A启动子驱动（RPS5A启动子更局限于活跃细胞分裂位点）（27）。与WT相比，35S::WRKY23和RPS5Agt;gt;WRKY23幼苗根系长度均减少（图1H和图S1R）。这种表型与减少分生组织的细胞分裂，如图所示的b型细胞周期蛋白CycB1;1::GUS标志（图S1 N和O）。此外，与WT根尖的规则和组织良好的细胞模式相反（图1 D和E），改变小柱细胞形状观察的35 s:: WRKY23<!--

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