U2BL调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究.pdf

DOI：10.11913/PSJ.2095-0837.23065张婉露，丁勇.U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究J.植物科学学报，2024，42（1）：6674Zhang WL，Ding Y.Regulation of hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.by U2BLJ.Plant Science Journal，2024，42（1）：6674U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究张婉露，丁 勇*（中国科学技术大学生命科学学院，合肥 230026）摘要：下胚轴的伸长在植物早期存活和后期生长发育过程中均具有重要作用。本研究对拟南芥（Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.）突变体进行了筛选，得到了具有短下胚轴表型的突变体 u2bl，并对其下胚轴变短机制进行了初步研究。结果显示，突变体 u2bl 在不同光照条件下均表现出下胚轴较短的表型。细胞学实验表明，突变体u2bl 下胚轴细胞长度的降低是其下胚轴较短的原因。赤霉素（GAs）是促进下胚轴伸长的主效应因子。但 u2bl突变体对外源 GA 处理及内源 GA 合成抑制剂多效唑（PAC）处理均不敏感，表明 U2BL 基因可能影响 GA 的信号转导。亚细胞定位结果表明，U2BL 在细胞核中富集。荧光定量 Q-PCR 分析结果显示，在 u2bl 突变体中，PRE1、SAUR16、YUC2、YUC8 和 PIF4 等基因的表达均有显著下调，U2BL 可能通过调控上述基因来间接调控下胚轴的伸长。本研究结果为进一步探讨 U2BL 在拟南芥生长发育及在其他物种中可能行使的功能提供了参考。关键词：U2BL 基因；拟南芥；下胚轴；赤霉素中图分类号：Q943.2文献标识码：A文章编号：2095-0837（2024）01-0066-09Regulation of hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.by U2BLZhang Wanlu，Ding Yong*（School of Life Sciences,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China）Abstract：Hypocotyl elongation is essential for early survival and later growth and development in plants.Inthis investigation,we examined and screened Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.mutant phenotypes,identifyingthe u2bl variant with a notable short hypocotyl.We also conducted preliminary studies on the role of U2BL inthe regulation of hypocotyl development in A.thaliana.The u2bl mutant showed a short hypocotyl phenotypeunder different light conditions.Cytological experiments showed the shorter cell length of hypocotyls in theu2bl mutant was the reason for its short hypocotyl phenotype.The plant hormone gibberellin(GAs)is the mainfactor promoting hypocotyl elongation,while paclobutrazol(PAC)is an endogenous GA synthesis inhibitor.Our study showed that the u2bl mutant was not sensitive to exogenous GA treatment or PAC treatment,indi-cating that U2BL affected GA signal transduction.Subcellular localization results indicated that U2BL was en-riched in the nucleus.Furthermore,Q-PCR assay showed that the transcription levels of PRE1,SAUR16,YUC2,YUC8,and PIF4 genes were all significantly down-regulated in the u2bl mutant,suggesting that U2BLmay indirectly regulate hypocotyl elongation by regulating the above genes.Our study provided a referencefor further research on the possible functions of U2BL in the growth and development of A.thaliana and otherspecies.Key words：U2BL gene；Arabidopsis thaliana；Hypocotyl；GA 收稿日期：2023-07-06，接受日期：2023-09-25。基金项目：国家自然科学基金项目（32000242）。作者简介：张婉露（1997），女，硕士研究生，研究方向为拟南芥生长调控机制（E-mail：）。*通信作者（Author for correspondence.E-mail：）。植物科学学报2024，42（1）：6674Plant Science Journalhttp:/ 植物的一生通常要经历种子萌发、营养生长、生殖生长到结实形成新种子的过程。在萌发过程中，植物需要钻出土层，转至地上生长，同时伴随着异养生长向光合自养的转变，而下胚轴的伸长在其中起到了决定性作用。下胚轴过短会导致植物无法破土，过长则会造成植物徒长，影响后期生长。因此，下胚轴伸长对于植物的生长发育来说至关重要，研究下胚轴伸长的分子机制具有重要现实意义。下胚轴伸长作为植物破土成功并开始光合作用的关键节点，受到多种因素的调控1。外界环境因素（如光、温度）以及内源植物激素（如赤霉素（GAs）、生长素和乙烯等）均可调控下胚轴的伸长。植物可通过整合各种调节信号，使下胚轴恰当地伸长，以保证其正常生长发育。在拟南芥（Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.）中，光敏色素、隐花色素以及向光素作为主要的光受体负责感知不同波长的光。光敏色素包括PHYTOCHROMES（PHYs，PHYAPHYE），主要负责感知红光与远红光；隐花色素包括 UV RE-SISTANCE LOCUS 8（UVR8）和CRYP-TOCHROMES（CRYs、CRY1 和 CRY2），主要负责感知 UV-A 和蓝光；向光素包括 PHOTO-TROPINS（PHOT1 和 PHOT2），主要感知蓝光信号2,3。这些光受体被激活后，通过传递不同的光信号从而促进拟南芥幼苗的光形态建成，其特征是抑制下胚轴伸长，促进子叶伸展和花青素积累4,5。隐花色素 CRYs 蛋白可以与泛素连接酶CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1（COP1）及 其 增 强 子 SUPRESSOR OF PHYA-105 1（SPA1）蛋白发生相互作用，抑制 COP1-SPA1 复合物的活性，促进 COP1 的底物（如HY5/HYH 和 CONSTANS）的蛋白积累，从而抑制蓝光条件下的下胚轴伸长6-8。光敏色素以两种不同的光转换形式存在，分别为非活性红光吸收形式 Pr 以及活性远红光吸收形式 Pfr9。PHYB 是介导红光抑制下胚轴伸长的主要感受器10。PHY-TOCHROME INTERACTING FACTORs（PIFs）作为 PHYB 的关键直接下游组分，介导光信号通路，以抑制光形态建成11,12。已经证实，PHYB 的信号传导机制与 PIFs 的红光依赖性存在相互作用，导致 PIFs 的快速磷酸化以及随后的泛素化和降解13-15，从而抑制下胚轴的伸长。热形态发生是指植物响应环境温度的升高而发生的形态变化，其特征是下胚轴、叶柄和根组织明显伸长、气孔密度降低和提早开花16-18。PIF4 被认为是环境高温调控下胚轴伸长的关键枢纽，PIF4 可直接结合在生长素合成基因 YUCCA8（YUC8）、TRYPTOPHAN AMINOTRANS-FERASE OF ARABIDOPSIS 1（TAA1）及 CY-TOCHROME P450 FAMILY 79B 2（CYP79B2）等的启动子区域，以促进下胚轴和叶柄的伸长19。赤霉素是一种四环双萜类化合物，主要存在于高等植物细胞的质体及内质网20,21。迄今为止，在植物、真菌和细菌中已发现 130 多种 GAs，但只有 GA1、GA3、GA4和 GA7具有生物活性22。赤霉素被认为存在于所有维管植物中。在低等植物如石松和蕨类植物中，GAs 参与生殖发育23；在高等植物中，GAs 的功能已扩展到通过增强细胞伸长和/或细胞分裂来促进器官生长24。作为一种重要的植物激素，GAs 在种子萌发、幼苗生长发育及果实成熟等重要生理过程中发挥关键作用25。GA 信号通路的核心阻遏因子为 DELLA 蛋白。DELLA 蛋白与 PIF4 互作，阻止 PIF4 与其目标基因的启动子结合。赤霉素通过对 DELLA 蛋白的降解，解除 DELLA 对 PIF4 的转录抑制作用，来促进下胚轴的伸长26,27。GA 受体 GIBBERELLIN IN-SENSITIVE DWARF1（GID1）是在对 GA 不敏感矮稻突变体的研究中首次发现的28。拟南芥中有 3个 GID1 直系同源基因，分别为 GID1A、GID1B和 GID1C29，它们在调控不同发育过程中既有重叠又有不同的功能30-32。目前的模型表明，活性GA 与 GID1 结合后，诱导 GID1 蛋白构象转变，产生可与 DELLA 蛋白结合的疏水表面，促进GID1-GA-DELLA 蛋白复合体的形成，进而导致DELLA 蛋白构象改变，促进 DELLA 蛋白 C 端与E3 泛素连接酶 SCFSLY1/GID2/SNE相互作用，使之被泛素化，最后通过 26S 蛋白酶体途径降解。DEL-LA 抑制因子在 GA 作用下降解，从而促进或抑制下游基因表达，调节细胞长度，促进下胚轴的伸长33。RNA 结合蛋白（RBP）是与核糖核酸（RNA）分子结合的蛋白质，通常在细胞质和细胞核中发现，并在形成核糖核蛋白（RNPs）中起重要作用。第 1 期张婉露等：U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究67RBP 在真核生物的多个发育过程中发挥着中心调节作用34,35。在拟南芥中，RBP 已被证明影响花的转变、干细胞维持、侧根形成、下胚轴伸长和根毛形成等生长发育过程36。U2B是一类重要的RBP 蛋白，已有研究表明 U2B蛋白定位于 Cajalbody，而 U2BL（U2B-LIKE）是一类与 U2B蛋白高度同源的蛋白质37。目前关于 U2BL 在植物生长发育进程中的功能还知之甚少，对其亚细胞定位情况也不清楚。仅有研究表明，植物中 U2BL 可能调控植物对低温的生理反应38。本研究通过对拟南芥突变体表型的观察，发现 u2bl 功能缺失突变体具有下胚轴较短的表型，表明 U2BL 可能调控拟南芥下胚轴伸长这一生长发育过程。为了进一步探索 U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制，我们对 u2bl 突变体进行了不同浓度的 GA 及 GA 合成抑制剂多效唑（PAC）处理，发现 u2bl 突变体对 GA 及 PAC 处理均不敏感，暗示U2BL 调控拟南芥下胚轴的伸长过程且参与 GA 信号转导途径。本研究旨在进一步理解 U2BL 在植物生长发育过程中行使的功能，并丰富植物生长发育的调控网络。1材料与方法 1.1材料拟 南芥 u2bl-1（SALK_064334C）和 u2bl-2（SALK_013395C）突变体订购于 Arashare（中国拟南芥突变体服务中心）。rga（SALK_089146），gai（SALK_587_C02）和rgl1（SALK_136 162）由本实验室保存。1.2实验方法 1.2.1下胚轴长度统计对拟南芥种子进行无菌处理。用双蒸水清洗3 遍后，加入 75%的乙醇溶液浸泡 5 min，再用双蒸水清洗 3 遍；移至超净台加入 10%的 Bleach 溶液浸泡 7 min；除去 Bleach 溶液后，加入灭菌双蒸水清洗种子，每次 2 min，清洗 7 次。将种子均匀地点在固体 1/2 MS 培养基中，于超净台中吹干后密封，置于 4 冰箱中两天，再放入不同条件下生长 7 d。用镊子将待测幼苗平铺在固体培养基中，置于体视镜下测量其下胚轴长度。1.2.2GA 与 PAC 敏感性实验对干燥的种子进行无菌处理。将其均匀地点在含有不同浓度 GA（0、0.5、1、2、5 mol/L）或 PAC（0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5 mol/L）的固体 1/2 MS 培养基上，置于 4 冰箱中处理 2 d，再放入长日照条件下生长 7 d 后测量下胚轴长度。1.2.3亚细胞定位对于转基因植株，首先构建 35S:mCherry-U2BL 载体，通过农杆菌介导法将其转入野生型Col-0 植株，获得 U2BL 过表达转基因株系。收获种子后，进行无菌处理，置于 1/2 MS 平板上生长7 d。将幼苗置于激光共聚焦显微镜下，将激发光和发射光波长分别设为 593 nm 和 610 nm，观察荧光信号在根尖细胞的定位。对于原生质体，首先构建 U2BL-RFP 载体，提取高纯度质粒，用拟南芥幼苗叶片制备原生质体，将目的质粒转入原生质体，黑暗中培养 12 h。向原生质体中加入适量核染料 DAPI，混匀后置于荧光共聚焦显微镜下观察蛋白定位情况。1.2.4基因型鉴定本研究所用突变体均为 T-DNA插入突变体。用于鉴定 T-DNA 插入突变体的引物均可从网站（http:/signal.salk.edu/tdnaprimers.2.html#open-newwindow）根据突变体的编号进行检索。拟南芥突变体的基因型鉴定可以使用三引物法和两引物法进行鉴定。本研究所用引物见表 1。1.2.5RNA 提取和 Q-PCR 分析在预冷研钵中分别加入突变体 u2bl-1、u2bl-2和野生型 Col-0 的新鲜叶片材料，研磨后加入1 mL 预冷的 Trizol 溶液；将研钵中的液体转移至RNase-free 的 EP 管中，加入 300 L 氯仿，混匀后静置 3 min；吸取上清至新的 EP 管中，加入400 L 异丙醇，混匀后，室温静置 30 min；离心后弃上清，用 DEPC 水配制的 75%乙醇洗涤；将EP 管中残留的液体吹干，加入 30 L DEPC 水后使用 HiScript Q Select RT SuperMix for qPCR反转录试剂盒，将纯化所得的 RNA 反转录为cDNA。利用表 1 中的相关引物，以拟南芥 cDNA 为模板，分别扩增内参基因（TUBULIN）和待检测靶基因，根据琼脂糖凝胶电泳检测结果调整模板比例，在保证待鉴定材料内参基因的电泳结果一致的情况下，进行半定量 RT-PCR 分析，凝胶电68植 物 科 学 学 报第 42 卷泳后，对比待检测基因的亮度，初步判断基因的表达情况。进一步使用诺唯赞公司的 SYBR qPCR Mas-ter Mix 试剂盒进行荧光定量 Q-PCR 分析。反应体系为：10 L Mix，0.4 L 引物 1，0.4 L 引物 2，3 L 模板，6.2 L 水。每个样品 3 个重复。扩增程序为：95 预变性 3 min；95 变性 10 s，56 退火 30 s，72 延伸 30 s，共 40 个循环；融解曲线所用程序为：95 预变性 10 s，65 退火 5 s，下个循环预变性温度不变，退火温度依次加 1，共 31 个循环。以 UBQ10 为内参，通过 2Ct法计算基因的相对表达量。1.3数据处理采用 Excel 2016 软件对数据进行整理，使用SPSS 18.0 软件进行单因素方差分析，利用 Excel2016 软件进行作图。图表中数据均为平均值 标准差（mean SD），统计显著性水平设置为 P0.05。2结果与分析 2.1u2bl 突变体表型观察本研究获得了 2 个 T-DNA 插入突变体，分别为 u2bl-1（SALK_064334C）和 u2bl-2（SALK_013395C）。图 1：A 为 U2BL 基因的结构示意图。如图所示，突变体 u2bl-1 的 T-DNA 插入于 5 UTR区域，突变体 u2bl-2 插入于基因的第 1 个内含子区域。基因型鉴定表明，u2bl-1 和 u2bl-2 均为T-DNA 插入突变体（图 1：B）。半定量 RT-PCR实验结果进一步验证，u2bl-1 和 u2bl-2 均为功能缺失突变体（图 1：C）。将 Col-0、u2bl-1 和 u2bl-2 材料分别置于 1/2 表 1实验所用引物Table 1Primers used in this study引物Primers序列（53）Sequence(53)LP1AGTTCTGCATCTGACGGACAGRP1CGGCGAGATAGACACTCAGACLP2AAAAGGGGAAAGAGATAGGGCRP2CCACAGAGATCACACATCACGLBP1.3ATTTTGCCGATTTCGGAACTUBULINCTTAAGCTCACCACTCCAAGCTTUBULINGCACTTCCACTTCGTCTTCTTCPRE1-FGTTCTGATAAGGCATCAGCCTCGPRE1-RCATGAGTAGGCTTCTAATAACGGPRE5-FAACGGCGTCGTTCTGATAAGPRE5-RCATGAGTAAGCTTCTAATCACGGPRE6-FTCCAACACCTCATCCCTGAACTTCPRE6-RCGGTCACTGAGGTCATCAACCTCTCYUC2-FATCCGAAGTGGACACATCAAYUC2-RTTAGCCACATGGGTACGTTGYUC8-FGACAGGATTGTATGCGGTTGYUC8-RTTCAAGTTGCCAAACAGAGCPIF4-FCGACCGGTTTGCTAGATACAPIF4-RGACGACGGTTGTTGACTTTGSAUR16-FAAATCTCGGGTTTTAGTTCGTCASAUR16-RTGCAAGCCACCACTTATCAGCUBQ10AGGATGGCAGAACTCTTGCTUBQ10TCCCAGTCAACGTCTTAACGSAUR19-FACGTCGTCTCAAGCAGCATCTATCASAUR19-RCCCACGTAAACCGGAAAATGACCTT u2bl-1Salk_064334ATGCol-0LP+RPRP+LBb1.3U2BLTUBULINu2bl-1Col-0 u2bl-2Col-0500 bpABCu2bl-1 u2bl-2u2bl-2Salk_013395A：U2BL 的基因结构示意图（黑框代表外显子，直线部分代表内含子，白色倒三角代表 T-DNA 片段插入位点）；B：u2bl 突变体的基因型鉴定；C：u2bl 突变体的半定量 RT-PCR 电泳图。A:Gene structure schematic of U2BL(Black boxes represent exons,black line segments represent introns,and inverted triangles representT-DNA fragment insertion sites);B:Genotype identification of u2bl mutants;C:RT-PCR result of u2bl mutants.图 1u2bl突变体的获得与鉴定Fig.1Acquisition and genotyping of u2bl mutants第 1 期张婉露等：U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究69MS 固体培养基上，于不同光照条件下培养 7 d，观察其下胚轴表型。由图 2 可知，与野生型 Col-0相比，置于短日照、长日照及黑暗条件下培养的u2bl 突变体均表现出明显的短下胚轴表型，表明U2BL 基因参与调控拟南芥的下胚轴生长发育。2.2U2BL 参与 GA 信号转导通路为了探究 u2bl 突变体下胚轴变短的原因，本研究检测了野生型 Col-0 和 u2bl 突变体下胚轴的细胞数目及细胞长度。结果显示，u2bl 突变体中下胚轴的细胞数目并未发生明显变化，但其细胞长度显著小于野生型 Col-0，表明 u2bl 突变体的短下胚轴表型是由于其下胚轴细胞长度降低所导致的（图 3）。为了探究 u2bl 突变体下胚轴变短的内在机制，本研究分析了 GA 和 PAC 对野生型 Col-0、突变体 u2bl-1、u2bl-2 及 rga gai rgl1 下胚轴长度的影响。实验结果显示，随着 GA 浓度的增加，野生型 Col-0 的下胚轴明显伸长，而 u2bl 突变体和 rgagai rgl1 三突变体下胚轴伸长的程度明显低于Col-0（图 4：A）。同样地，随着 PAC 浓度的增加，Col-0 的下胚轴明显变短，而 u2bl 突变体和rga gai rgl1 三突变体下胚轴缩短的程度也低于Col-0（图 4：C）。将 Col-0 对 GA 和 PAC 处理的敏感程度设定为 1，u2bl 突变体和 rga gai rgl1三突变体对 GA 和 PAC 处理的敏感度均低于Col-0（图 4：B、D）。这 些 结 果 表 明，U2BL参与赤霉素信号转导途径，且调控下胚轴的伸长过程。2.3U2BL 的亚细胞定位以野生型 Col-0 为背景，通过农杆菌侵染获得带有 mCherry 荧光标签的 U2BL 过表达转基因株系，观察 U2BL 蛋白在根尖细胞中的定位。结果表明，U2BL 蛋白定位于细胞核中（图 5：A）。为了进一步验证该结果，将 U2BL 与 RFP 荧光标签融合，瞬时转染拟南芥原生质体，置于激光共聚焦显微镜下观察荧光信号。结果显示，U2BL 蛋白的荧光信号与核定位染料 DAPI 存在共定位现象，证实了 U2BL 蛋白定位于细胞核（图 5：B）。2.4U2BL 上调下胚轴伸长相关基因的表达以培养 7 d 的野生型 Col-0 以及突变体 u2bl-1、Col-0下胚轴长度Hypocotyl length/mm00.20.40.60.81.0下胚轴长度Hypocotyl length/mm01.00.51.52.02.53.53.0下胚轴长度Hypocotyl length/mm0246812黑暗短日照短日照长日照长日照10u2bl-1u2bl-2Col-0ACDEBu2bl-1u2bl-2Col-0u2bl-1u2bl-2Col-0u2bl-1u2bl-2Col-0*u2bl-1u2bl-2A：长日照（16 h 光照/8 h 黑暗）下 u2bl 突变体的下胚轴表型图；B：短日照（8 h 光照/16 h 黑暗）下 u2bl 突变体的下胚轴表型图；CE：长日照、短日照以及黑暗条件下的下胚轴长度统计图。统计 40 株，数据表示为平均值 标准误差，实验重复 3 次。标尺为 0.5 mm。*表示 P0.05，下同。A:Phenotype of hypocotyl of u2bl mutants under long-day conditions(16 h light/8 h dark);B:Hypocotyl phenotype of u2bl mutants undershort-day conditions(8h light/16 h dark);C-E:Statistical chart of hypocotyl length under long-day,short-day,and dark conditions.Therewere 40 samples,and data is represented as mean standard error(SE).Experiment was repeated independently three times.Scale is 0.5mm.*indicates P0.05.Same below.图 2u2bl突变体及野生型下胚轴表型观察Fig.2Phenotypic observation of hypocotyl in u2bl mutants and wild-type70植 物 科 学 学 报第 42 卷u2bl-2 的幼苗为材料，提取 RNA，反转录为 cDNA，进行 Q-PCR 实验，检测 GA 信号通路部分下游基因的表达情况。结果显示，大部分基因如 PRE1、SAUR16、YUC2、YUC8 和 PIF4 的表达在 u2bl突变体中均有下调（图 6）。这些结果表明 U2BL可以上调部分下胚轴伸长基因的表达，从而调控下胚轴的伸长。3讨论植物的下胚轴在其早期破土生长和后期生长发育过程中均起着关键作用，因此下胚轴伸长过程在植物体中必须得到精确调控。外源环境因素和内源激素分子等多种因素均可影响下胚轴的伸长，激素与环境因素除了单独调控下胚轴的伸长，更多时候这些信号途径之间还会相互整合，形成交错纵横的信号网络，协同调控下胚轴的伸长过程。研究下胚轴的调控机制不仅有助于了解植物的生长发育规律，还可以用于改善部分农作物的生长条件，以增加其产量。本研究中，我们发现了一个参与调控拟南芥下胚轴伸长生长过程的基因 U2BL，丰富了调控拟南芥下胚轴伸长的遗传网络，为后续在其他物种中研究 U2BL 及其同源蛋白的功能也提供了参考。Calixto 等38曾指出 U2BL 可能参与调控植物对低温的生理反应。本研究发现，功能缺失突变体 u2bl 在长日照、短日照及黑暗条件下都表现出下胚轴较短的表型；不同浓度 GA 及 PAC 处理的结果表明，相较于野生型 Col-0，突变体 u2bl 对GA 和 PAC 浓度的变化不敏感；同时，在突变体u2bl 中，部分下胚轴伸长相关基因的表达出现下调。这些探究 U2BL 蛋白功能的相关实验结果表明，U2BL 基因确实参与了 GA 信号传导途径，并参与调控拟南芥下胚轴的伸长。U2BL 可以上调 GA 通路中部分下游基因的表达，但其具体机制尚不清楚。U2BL 是否能够以与其高度同源的 U2B类似的方式，通过改变下游基因的 RNA 剪切模式来调控其表达？针对这个问题未来还需进一步开展更为详尽的研究。赤霉素是植物生长发育过程中必需的植物激素，其在促进种子萌发、下胚轴及茎的伸长及开花等方面均发挥着重要作用。但 GA 信号通路也会受到多种因素的调控，目前对其精细调控网络的 Col-0u2bl-1ns*u2bl-2Col-0u2bl-1u2bl-2Col-0u2bl-1u2bl-2细胞个数Cell number501015202530细胞长度Cell number/m0100.100.200.300.40ABCA：长日照条件下培养 7 d 的下胚轴细胞长度观察，白线指示细胞大小；B、C：长日照条件下培养 7 d 的下胚轴细胞个数和细胞长度统计值，B 图是幼苗下胚轴一列细胞的个数，C 图是细胞下胚轴长度/幼苗下胚轴一列细胞个数（n30）。标尺为 0.1 m。ns:在 0.05 水平上差异不显著。A:Hypocotyls of Col-0,u2bl-1,and u2bl-2 cultured for 7 d under long-day conditions;B,C:Number and length of hypocotyl cells of Col-0,u2bl-1,and u2bl-2 cultured for 7 d under long-day conditions(n30).Fig.3:B shows the number of cells in a row of seedling hypocotyls,Fig.3:C is the length of cell hypocotyls/number of cells in a row of seedling hypocotyls.Scale is 0.1 m.ns:Not significant at P0.05 level.图 3u2bl突变体及野生型的下胚轴细胞数目与长度Fig.3Cell numbers and lengths in hypocotyl of u2bl mutants and wild-type第 1 期张婉露等：U2BL 调控拟南芥下胚轴伸长的机制研究71研究尚不完善。本研究发现 U2BL 参与 GA 信号传导途径，调控拟南芥下胚轴伸长，但其具体调控机制仍需要进一步探究。GAs 通过促进 DELLA 蛋白的降解，解除 DELLA 对下游因子的抑制作用，从而实现对下胚轴伸长的促进作用39,40。未来还需探究 U2BL 与 DELLA 蛋白的遗传学关系，以及 Col-0u2bl-1u2bl-2rag gai rgl1Col-0*u2bl-1u2bl-2rag gai rgl1Col-0u2bl-1u2bl-2rag gai rgl1Col-0u2bl-1u2bl-2rag gai rgl11.21.00.80.60.4GA 敏感度Sensitivity to GA0.201.21.00.80.60.4PAC 敏感度Sensitivity to PAC0.203.02.52.01.51.0下胚轴长度Hypocotyl length/mm0.506GAPAC0 m0.01 m0.02 m0.05 m0.10 m0.20 m0.50 m0 m0.5 m1.0 m2.0 m5.0 m5432下胚轴长度Hypocotyl length/mm20ABCDA：长日照条件下，不同浓度 GA 对突变体及野生型下胚轴长度的影响；B：根据 A 图结果进行的相对增长率统计；C：长日照条件下，不同浓度 PAC 对突变体及野生型下胚轴长度影响；D：根据 C 图结果进行的相对增长率统计。A:Under long-day conditions,the effect of different concentrations of GA on the length of hypocotyls in mutant and wild-type plants;B:Ac-cording to the results in Fig.A,relative growth rates of Col-0,u2bl-1,u2bl-2,and rga gai rgl1 were calculated;C:Under long-day conditions,the effect of different concentrations of PAC on the length of hypocotyls in mutant and wild-type plants;D:According to the results in Fig.C,relative growth rate of Col-0,u2bl-1,u2bl-2,and rga gai rgl1 was calculated.图 4u2bl突变体和野生型对 GA 和 PAC 的敏感性Fig.4Sensitivity of u2bl mutant and wild-type to GA and PAC U2BL-mcherryABBFMergeU2BL-BFPDAPIBFMergeA：过表达 U2BL 转基因植株根尖细胞荧光信号定位。B：拟南芥原生质体中，红色为 U2BL-RFP 融合的信号，蓝色为 DAPI。BF 为明场。A:Transgenic plants overexpressed U2BL were grown in medium for 7 d,and fluorescence signal localization of root tip cells was observedby laser confocal microscopy.B:In Arabidopsis thaliana protoplast,red is signal of U2BL-RFP fusion,and blue is DAPI.BF is brightfield.图 5U2BL 的亚细胞定位Fig.5Subcellular localization of U2BL72植 物 科 学 学 报第 42 卷U2BL 是否通过直接与 DELLA 蛋白互作来调控下胚轴伸长相关基因的表达等更为具体的机制。参考文献：Boron AK，Vissenberg K.The Arabidopsis thalianahypocotyl，a model to identify and study control mecha-nisms of cellular expansionJ.Plant Cell Rep，2014，33（5）：697706.1 Quail PH.Phytochrome photosensory signallingnetworksJ.Nat Rev Mol Cell Biol，2002，3（2）：8593.2 Rizzini L，Favory JJ，Cloix C，Faggionato D，Ohara A，et al.Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 proteinJ.Science，2011，332（6025）：103106.3 McNellis TW，Deng XW.Light control of seedling morpho-genetic patternJ.Plant Cell，1995，7（11）：17491761.4 Deng XW，Quail PH.Signalling in light-controlled develop-mentJ.Semin Cell Dev Biol，1999，10（2）：121129.5 Lian HL，He SB，Zhang YC，Zhu DM，Zhang JY，et al.Blue-light-dependent interaction of cryptochrome 1 with SPA1defines a dynamic signaling mechanismJ.Genes Dev，2011，25（10）：10231028.6 Liu B，Zuo ZC，Liu HT，Liu XM，Lin CT.Arabidopsis cryp-tochrome 1 interacts with SPA1 to suppress COP1 activityin response to blue lightJ.Genes Dev，2011，25（10）：10291034.7 Zuo ZC，Liu HT，Liu B，Liu XM，Lin CT.Blue light-depen-dent interaction of CRY2 with SPA1 regula