STE20L4促进拟南芥下胚轴伸长的机制研究

下胚轴伸长是高等植物进行正常生命活动的保障,下胚轴的伸长协助植株破土而出并由异养转变为自养生长。本研究通过对一系列拟南芥突变体材料进行下胚轴观察,鉴定到一个具有短下胚轴的突变体ste20l4,并对其调控下胚轴伸长的分子机制进行初步探索。结果表明:STE20L4编码与酵母中STE20同源的丝裂原活化蛋白激酶,在MAPK级联信号通路中作为MAP4K激活下游的MAP3K。基因型鉴定和半定量结果显示,ste20l4-1、ste20l4-2均为功能缺失的突变体。通过表型观察,ste20l4突变体无论在长日照(16 h光照/8 h黑暗)、短日照(8 h光照/16 h黑暗)及黑暗(24 h黑暗)条件下与野生型相比均呈现出短的下胚轴。细胞学结果显示,突变体ste20l4短的下胚轴是由于其细胞长度的变短而不是细胞数目的变化导致的。植物激素赤霉素可促进下胚轴的伸长,对其处理的敏感性可作为是否参与GA信号转导途径的判断方法。在不同梯度浓度的GA处理(0、0.5、1、2、5μmol/L)下,ste20l4突变体与野生型相比下胚轴伸长作用不明显。多效唑(PAC)是内源GA合成的抑制剂,随着不同梯度浓度的PAC处理(0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5μmol/L),ste20l4突变体下胚轴伸长的抑制作用相对于野生型不明显。上述生理学结果表明,STE20L4参与到GA信号转导通路中调控拟南芥下胚轴的生长发育。将STE20L4蛋白与荧光标签融合后转染烟草或拟南芥原生质体观察其亚细胞定位,结果表明STE20L4在细胞膜和细胞质中均有表达。对野生型、ste20l4突变体中进行一系列GA下游与下胚轴伸长相关基因的RT-qPCR检测,结果表明XTH17、EXP2、PRE1、PIF4、YUC2和SAUR19基因的转录水平在ste20l4突变体中明显下调,即STE20L4可能通过间接调控这些下游基因的表达参与下胚轴的伸长。综上,STE20L4参与GA信号转导通路,且通过促进GA下游下胚轴伸长相关基因的表达调控下胚轴的伸长。本研究初步阐述了STE20L4调控植物下胚轴伸长的分子机制,为进一步研究MAPK与GA互作调控植物生长发育提供参考。