DAP-seq應用于褪黑素促進種子萌發的分子機制研究

2022年8月，安徽農業大學、中國水稻研究所和上海市農業科學院作物育種栽培研究所在The Plant Journal（IF=5.726）期刊聯合發表了題為“OsSGT1 promotes melatonin-ameliorated seed tolerance to chromium stress by affecting the OsABI5-OsAPX1 transcriptional module in rice”的文章，揭示了OsSGT1和ABI5相互作用，調控OsAPX1的表達，促進褪黑素改善種子在鉻污染條件下萌發的分子機制。其中藍景科信河北生物科技有限公司提供了DAP-seq的技術支持。

隨著人類活動的加劇，重金屬污染日益成為威脅人類健康、生態安全的全球性問題。其中，鉻污染已成為世界范圍內的環境問題。鉻抑制種子萌發、光合作用和礦質的吸收。種子萌發在后續幼苗形態建成中起著關鍵作用，由于其固著的生活方式，更容易受到不利環境的影響。已有研究表明褪黑素（Mel）可以緩解鉻脅迫，促進植物生長發育。但Mel緩解Cr毒性的機制，并不清楚。

該研究發現Mel在水稻種子萌發過程中顯著緩解了Cr脅迫，并且在OsSGT1過表達材料中觀察到萌發性能有顯著改善，而OsSGT1和/或OsABI5的突變顯著消除了Mel介導的對Cr脅迫的緩解作用。互補實驗表明，恢復OsSGT1的表達并不能彌補sgt1-1abi5突變體中Mel介導的Cr脅迫下微弱的萌發表現，但恢復OsSGT1驅動下的OsABI5的表達，sgt1-1abi5突變體中Mel介導的種子萌發和OsAPX1的表達顯著恢復。通過DAP-seq實驗，找到了OsABI5直接調控的OsAPX1基因，其編碼產物促進H2O2清除以維持氧化還原穩態，這對種子萌發至關重要。

圖1. 褪黑素對OsAPX1表達的影響

(a) WT、sgtl、sgtl-labi5和abi5材料在鉻(Cr)脅迫7天后OsAPX1的表達情況。(b) WTempty、OEl、OE2、OE3、sgtl-labi5-ICOMAS、sgtl-labi5-2COMAS、sgtl-labi5-1COMSA和sgtl-labi52COMSA在Cr脅迫7天后OsAPX1的表達情況。 (c) DAP-seq分析OsABI5結合到OsAPX1的peak分布圖。(d) EMSA驗證OsABI5與OsAPX1啟動子有相互作用。 (e) OsAPX1啟動子區域的ChIP-qPCR分析。(f) 酵母單雜交(Y1H)檢測OsABI5與OsAPX1啟動子區域的結合。

本文總結

本研究表明OsSGT1協調OsABI5靶向OsAPX1，介導褪黑素緩解Cr脅迫對種子萌發的影響，這為Mel在生產中的應用提供了指導。