ANT و AIL6: کارشناسی ارشد تنظیم کننده های اصلی در طول رشد گل

Engela G Juárez-Corona ، Stefan de Folter ، Ant and AIL6: Masters of the Master Regulatores در طول توسعه گل ، مجله گیاه شناسی تجربی ، جلد 72 ، شماره 15 ، 28 ژوئیه 2021 ، صفحات 5263-5266 ، https://doi. org/10. 1093/jxb/erab235

اشتراک گذاری فیلتر جستجوی NAVBAR موبایل جستجو اصطلاح جستجو را وارد کنید فیلتر جستجوی NAVBAR وارد جستجوی اصطلاح جستجو شوید

فاکتور رونویسی Aintegumenta (ANT) و Paralog AIL6 آن برای رشد اولیه گل مهم است. آگاهی از ژنهای هدف مستقیم آنها درک بهتری از این فرآیند به ما می دهد. Krizek et al.(2021) مناطق DNA را از نظر جسمی به پروتئین ANT یا AIL6 در Arabidopsis محدود کرد. یکی از یافته های مهم این است که آنها به طور مستقیم ژن ها و ژنهای هومیوتیک گل مربوط به رشد و رشد عروق را در گلهای جوان تنظیم می کنند.

رشد گل برای زندگی روی زمین بسیار مهم است. به همین دلیل ، اسرار توسعه گل صدها سال مورد مطالعه قرار گرفته است. در سه دهه گذشته ، زیست شناسی مولکولی ما را به دوران کلونینگ ژن و ژنومیک رسانده است. مطالعات بیان گسترده ژنوم و شناسایی سایتهای اتصال دهنده فاکتور رونویسی در سراسر ژنوم به ما امکان می دهد شبکه های نظارتی ژن (GRNS) را که توسعه گل را راهنمایی می کنند تعریف کنیم. برای Arabidopsis ، چندین GRN مربوط به رشد گل گزارش شده است (به عنوان مثال Pajoro et al. ، 2014 ؛ Chen et al. ، 2018 ؛ Zúñiga-Mayo et al. ، 2019). بیشتر این GRN ها در حدود یک یا چندین عامل رونویسی قرار دارند.

تراشه برای یک فاکتور رونویسی خاص همراه با توالی نسل بعدی (CHIP-SEQ) حوادث اتصال پروتئین-DNA را مشخص می کند. Chip-Seq در ترکیب با RNA-Seq ، با استفاده از یک جهش یافته یا یک سیستم القایی برای فعال کردن فاکتور رونویسی مورد علاقه ، یک استراتژی قدرتمند برای شناسایی ژنهای هدف مستقیم است که توسط فاکتور رونویسی مورد علاقه تنظیم می شوند. ژنهای هدف که توسط فاکتور رونویسی تنظیم می شوند ، اغلب می توانند به اندازه 20 ٪ از کل ژنهای محدود شده توسط فاکتور رونویسی باشند (Marsch-Martínez et al. ، 2011). تا به امروز ، این روش برای استفاده شده است~15 عامل رونویسی درگیر در رشد گل در Arabidopsis (Pajoro et al. ، 2014 ؛ Chen et al. ، 2018). این موارد شامل ژنهای معروف هومیوتیک مدل ABC است که عوامل رونویسی را که به صورت ترکیبی عمل می کنند ، برای مشخص کردن هویت ارگان های گل (Krizek and Fletcher ، 2005) رمزگذاری می کنند.

اکنون این رویکرد برای فاکتور رونویسی Aintegumenta (ANT) و پارالوگ آن Aintegumenta-مانند 6 (AIL6) در طول رشد اولیه گل استفاده شده است (Krizek et al. ، 2021). ANT و AIL6 در تأسیس گل Primordia شرکت می کنند و بعداً توسعه و هویت مداوم گلبرگ ها ، استامن ها و کارپل ها را ترویج می کنند (جعبه 1) (الیوت و همکاران ، 1996 ؛ کلوچر و همکاران ، 1996 ؛ کریزک ، 1999 ، 2009؛ هان و کریزک ، 2016).

جعبه 1. ANT و AIL6 متعلق به خانواده فاکتور رونویسی AP2 است

ژن Aintegumenta (ANT) 25 سال پیش کلون شده و نشان داده شده است که یک فاکتور رونویسی AP2 را رمزگذاری می کند. مورچه به عنوان ژن مورد نیاز برای شروع رشد در تخمک های Arabidopsis توصیف شد (الیوت و همکاران ، 1996 ؛ کلوچر و همکاران ، 1996). نشان داده شده است که جهش های مورچه از دست دادن عملکرد ، کاهش در اندازه اندام های گل ، رشد غیر طبیعی موجود ، رشد غیر طبیعی تخمک و کاهش تعداد تخمک ها در هر گل را نشان می دهد. علاوه بر این ، ANT در شروع و نگهداری از رشد اولیه گل اولیه گل و ارتقاء توسعه و هویت گلبرگ ها ، استامن ها و کارپل ها نقش دارد ، همانطور که در شکل نشان داده شده است (الیوت و همکاران ، 1996 ؛ کلوچر و همکاران.، 1996 ؛ کریزک ، 1999). بیان خارج رحمی مورچه تحت یک پروموتر سازنده منجر به افزایش رشد اندامهای گل می شود. این فنوتیپ برعکس آن ناشی از از بین رفتن عملکرد مورچه ها است (Krizek ، 1999 ؛ Mizukami and Fischer ، 2000). این افزایش رشد اندامهای گل به عنوان افزایش تقسیم سلولی آشکار می شود. در مقابل ، کاهش اندازه اندامهای گلدار جهش یافته از تغییر در تعداد و جهت گیری تقسیمات سلولی در توسعه پریمواردیا ارگان در حال توسعه ناشی می شود (Krizek ، 1999 ؛ Mizukami and Fischer ، 2000).

هفت پروتئین مانند Aintegumenta (AIL)/Plethora (PLT) وجود دارد که شباهت توالی بالایی با ANT را در دامنه اتصال DNA AP2 به اشتراک می گذارند (Nole-Wilson et al. ، 2005). AIL6/PLT3 در هنگام رشد گل با مورچه ها به طور اضافی عمل می کند (Krizek ، 2009). جهش دوتایی ANT AIL6 نقص در طول رشد رویشی و تولید مثل را نشان می دهد. در حین توسعه تولید مثل ، گلهای آن موقعیت یابی را تغییر داده اند و از دست دادن هویت ارگان های گل و کاهش رشد پرایمیا ارگان گل (Krizek ، 2009). از دست دادن عملکرد AIL6 به تنهایی هیچ عواقب فنوتیپی ندارد ، نشان می دهد که تمام نقش های آن در رشد گل توسط مورچه یا برخی از ژن های دیگر قابل ارائه است. با این حال ، خطوطی که AIL6 را در سطوح بالاتر بیان می کنند ، فنوتیپ های وابسته به دوز را نشان می دهند که شامل گلهای بزرگتر ، تمایز سلولی با تأخیر ، کاهش تعداد اندامهای گل و تولید اندامهای گل موزییک هستند (Krizek and Eaddy ، 2012 ؛ Han and Krizek ، 2016)بشربه طور خلاصه ، ANT دارای عملکردهای همپوشانی با AIL6 در توسعه گل ، از جمله شروع اندام گل ، مشخصات هویت ، رشد و الگوی است.

ژنهای هدف مورچه و AIL6

در مطالعه خود ، کریزک و همکاران.(2021) گزارش در مورد نتایج آزمایش های مستقل ChIP-Seq که برای ANT و AIL6 انجام شده است. هر ژن تحت پروموتر بومی خود رانده شده و با زهره نشانگر فلورسنت برچسب گذاری شده و به یک سیستم هماهنگ سازی گل معرفی می شود ، که منجر به گل آذین متشکل از گلهای یک مرحله از رشد گل می شود (ómaoiléidigh و همکاران ، 2015). علاوه بر این ، برای مورچه ، از پس زمینه جهش یافته استفاده شده است. برای آزمایش های Chip-Seq ، از مرحله گل 3 استفاده شد ، که مرحله اولیه رشد است که Primordia Sepal قابل مشاهده می شود. تجزیه و تحلیل داده های نشان داده شده برای ANT در مجموع 2631 قله مرتبط با 2318 ژن منحصر به فرد ، در حالی که برای AIL6 ، 595 قله مرتبط با 592 ژن منحصر به فرد یافت شد. حدود 98 ٪ از قله های اتصال AIL6 حداقل 50 ٪ با مورچه ها همپوشانی دارند. AIL6 تا حد زیادی نسبت به عملکرد مورچه ها (Krizek ، 2009) ، که در همپوشانی بزرگ قله های اتصال قابل مشاهده است ، قابل مشاهده است. همچنین گزارش شده است که مورچه در مقایسه با AIL6 در توسعه اندام گل نقش مهمی دارد (Krizek ، 2009). در راستای این ، نتایج به وضوح تعداد بیشتری از قله های اتصال دهنده شناسایی شده برای ANT را در این مطالعه تراشه-SEQ نشان می دهد (Krizek et al. ، 2021). با این حال ، همانطور که نویسندگان توضیح می دهند ، نمی توان کاملاً از این امر مستثنی شد که کاهش تعداد قله های شناسایی شده برای AIL6 ممکن است تا حدودی به دلیل مسائل فنی باشد ، زیرا فیوژن ترجمه AIL6 - ونوس در پیشینه جهش یافته AIL6 نبوده است و این می تواند منجر به آن شودرقابت با پروتئین درون زا در طول بخش تراشه آزمایش. با این حال ، انتظار می رود که ANT به دلیل نقش مهمتر خود اهداف بیشتری داشته باشد.

در میان اهداف مشترک که توسط ANT و AIL6 محدود شده است ، ژنهایی هستند که در تنظیم بسیاری از فرآیندهای رشد مختلف از جمله مشخصات قطبی محور adaxial/abaxial ، تعیین کننده مریمیست گل ، تشکیل الگوی شعاعی ، مشخصات سرنوشت سلولی ، شروع مریم ، حفظ هویت مریستیم ، گیاه نقش دارند. توسعه تخمک ، تنظیم رشد گل ، مسیر سیگنالینگ فعال شده با اکسین و تنظیم رونویسی. قله های مورچه که با AIL6 به اشتراک گذاشته نشده است مربوط به ژنهای درگیر در تشکیل اندام گل ، مورفوژنز پیچیده روزنه ، رشد آنتر و مورفوژنز برگ است. علاوه بر این ، ژنهای مختلف مربوط به مسیرهای هورمونی مانند مسیر سیگنالینگ فعال شده با سیتوکینین ، حمل و نقل قطبی اکسین ، پاسخ به جیبلین ، مسیر سیگنالینگ فعال شده توسط اتیلن و اسید آبسیزیک مشاهده شد.

در مطالعه خود ، کریزک و همکاران.(2021) همچنین در مورد نقوش اتصال به DNA که در قله های شناسایی شده مشخص شده است ، گزارش می دهد. بر اساس نقوش مورچه که قبلاً تعیین شده توسط SELEX (Nole-Wilson and Krizek ، 2000 ؛ Krizek et al. ، 2020) و نقوش اتصال دهنده AIL/PLT توسط DAP-Seq (O'Malley و همکاران ، 2016) ، Meme Memeنرم افزار نقوش ANT- و AIL6 را در قله های اتصال Chip-Seq یافت. علاوه بر این ، همپوشانی قابل توجهی بین نقوش ANT و AIL6 مشاهده شد ، که نشان می دهد ANT و AIL6 می توانند هر دو به این نقوش متصل شوند. جالب توجه است ، نقوش اتصال نیز برای پروتئین های فاکتور رونویسی رونویسی اساسی پنتاساستئین (BPC) و مارپیچ اصلی مارپیچ (LOO P-HELIX (BHLH) یافت شد. در قله های مورچه ، نقوش DNA برای فاکتورهای رونویسی زیپ لوسین اساسی (BZIP) یافت شد.

از اطلاعات RNA-Seq برای تعیین اینکه اهداف محدود مشخص شده نیز توسط ANT و AIL6 تنظیم می شوند (Krizek et al. ، 2021). بر اساس داده های بیان از جهش مضاعف Ant AIL6 (Krizek و همکاران ، 2016) ، 29 ٪ از اهداف مشترک ANT و AIL6 به طور متفاوتی بیان می شوند. بر اساس داده های بیان از 35S القایی: خط ANT-GR (Krizek و همکاران ، 2020) ، 18 ٪ از اهداف مشترک ANT و AIL6 به طور متفاوتی بیان می شوند. این تعداد مشابه مواردی است که برای سایر مطالعات Chip-Seq یافت می شود (Marsch-Martínez et al. ، 2011).

تنظیم کننده تنظیم کننده های اصلی

جالب اینجاست که در بین اهداف مشخص شده که توسط ANT و AIL6 محدود و تنظیم می شوند ، سه ژن هومیوتیک گل ، Apetala3 (AP3) ، Pistillata (PI) و Agamous (Ag) (Krizek et al. ، 2021) هستند که اغلب به آنها اشاره می شودبه عنوان تنظیم کننده های اصلی توسعه گل. AP3 و PI هویت گلبرگ و استامن را مشخص می کنند ، که عملکرد کلاس B در مدل ABC است ، و AG هویت استیمن و کارپل را مشخص می کند ، که عملکرد کلاس C است (Krizek and Fletcher ، 2005). تمام این بافت ها در جهش مضاعف Ant AIL6 تغییر می کنند (Krizek ، 2009) در حالی که گلبرگ ها و کارپل ها رشد تغییر یافته در خط خاموش AIL6 القایی را در پس زمینه جهش یافته مورچه نشان می دهند (Krizek et al. ، 2021).

اتورژولاسیون بیان معمولاً برای عوامل رونویسی ، از جمله تنظیم کننده های اصلی مدل ABC مشاهده می شود (De Folter and Angenent ، 2006). این همچنین برای ANT و AIL6 مشاهده می شود (Krizek و همکاران ، 2021).

سایر اهداف مستقیم مشخص شده در این مطالعه ژنهایی هستند که رشد اندام را تنظیم می کنند (کریزک و همکاران ، 2021). کار قبلی نشان داده است که تغییر عملکرد ANT و AIL6 منجر به کاهش اندازه اندام گل می شود (کادر 1). اهداف مشخص شده شامل سرکوبگر رشد Big Brother (BB) ، و ژنهای تقویت کننده رشد Rotundifolia3 (ROT3) ، Angustifolia3 / GRF-Interacting 1 (AN3 / GIF1) و Xyloglucan Endotransglucosylase / Hydrolase9 (XTH9).

از جمله اهداف مشترک ژنهایی با نقش در رشد عروق (Krizek et al. ، 2021). تغییرات در الگوی عروق برگ برای ANT گزارش شده است و در جهش دوتایی مورچه AIL6 شدیدتر است (Kang et al. ، 2007 ؛ Krizek ، 2009). ژنهای هدف مشخص شده عبارتند از: erecta-like1 (erl1) ، phloem با گیرنده xylem / tdif (PXY / TDR) ، Clavata3 / ESR مربوط به 42 (CLE42) ، مونوپتروس (MP) ، هدف Monopteros 6 (TMO6) و Revoluta همراه است.(Rev).

بعدی چیه؟

علاوه بر سالها کار ژنتیکی ، مطالعات Chip-Seq در مورد ANT و AIL6 (Krizek و همکاران ، 2021) به وضوح نشان می دهد که ANT و AIL6 فاکتورهای مهم رونویسی برای رشد اولیه گل در Arabidopsis هستند. در مطالعه حاضر ، نویسندگان در مرحله 3 از رشد گل از بافت های گل استفاده کردند. به تازگی ، گروه Krizek مطالعه ANT CHIP-SEQ دیگری را با استفاده از بافت های گل در مرحله 6/7 از رشد گل منتشر کرده است (Krizek et al. ، 2020). این در حال حاضر فرصتی برای مطالعه پویایی اهداف مورچه ها در طول رشد اولیه گل فراهم می کند. همانطور که نویسندگان به طور خلاصه ذکر کردند ، برخی از اهداف مشخص شده در اینجا در مرحله بعدی گل توسط مورچه ها محدود می شوند ، اما با افزایش رشد گل ، در بین اهداف نیز تفاوت هایی وجود دارد. علاوه بر این ، مقایسه با اهداف موجود در مطالعات Chip-Seq سایر تنظیم کننده های گل مورد توجه خواهد بود (Pajoro et al. ، 2014 ؛ Chen et al. ، 2018). تمام این اطلاعات جدید ما را به درک عمیق تری از شبکه نظارتی ژن نزدیک می کند که روند پیچیده توسعه اولیه گل را برپا می کند.

سپاسگزاریها

ما از شورای ملی علوم و فناوری مکزیک (CONACYT) برای کمک هزینه تحصیلی به AGJC تشکر می کنیم. کار در آزمایشگاه SDF توسط Conacyt Grant CB-2017 2018-A1-S-S-10126 تأمین می شود.