Sự biểu hiện quá mức của gen hợp nhất của yếu tố điều hòa hoa CONSTANS và repressor motif EAR gây ra sự nở hoa muộn ở Arabidopsis

Plant Cell Reports - Tập 26 - Trang 815-821 - 2007
Tomoyuki Takase1, Masahiro Yasuhara1, Sudarshanee Geekiyanage2, Yasunobu Ogura1, Tomohiro Kiyosue1,2
1Division of Gene Research, Life Science Research Center, Kagawa University, Kita-gun, Japan
2United Graduate School of Agricultural Sciences, Ehime University, Matsuyama, Japan

Tóm tắt

Yếu tố sao chép CONSTANS (CO) giữ vai trò trung tâm trong đường dẫn quang kỳ bằng cách tích hợp đồng hồ sinh học và tín hiệu ánh sáng để kiểm soát thời gian nở hoa. CO kích thích sự biểu hiện của FLOWERING LOCUS T (FT) và SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1 (SOC1), từ đó thúc đẩy quá trình nở hoa. Yếu tố gắn kết nguyên tố phản ứng với ethylene (EAR) đã được sử dụng để xây dựng gen repressor motif CONSTANS-EAR (CO-Rep), được biểu hiện quá mức ở Arabidopsis dưới sự kiểm soát của promoter Cauliflower mosaic virus 35S nhằm kiểm tra khả năng điều chỉnh thời gian nở hoa trong điều kiện ánh sáng dài. Các bất thường hình thái trong sự hình thành rễ và cotyledon, cùng với tình trạng lùn thường xuyên được nhìn thấy ở các cây chuyển gen, gợi ý rằng thời gian, vị trí và/hoặc mức độ biểu hiện CO-Rep đúng mực là quan trọng cho ứng dụng này. Ở các cây CO-Rep có hình thái bình thường, cả thời gian mọc chồi và thời gian nở hoa dưới điều kiện ánh sáng dài đã gấp đôi so với các cây đối chứng. Kết quả của việc trì hoãn nở hoa, số lượng lá rosette tại thời điểm mọc chồi, và số lượng lá rosette cùng lá chồi tại thời điểm nở hoa đã tăng đáng kể ở các cây CO-Rep. Phân tích RT-PCR cho thấy sự biểu hiện của FT đã giảm đi đáng kể ở các cây CO-Rep, trong khi mức độ biểu hiện CO và SOC1 nội sinh không bị ảnh hưởng đáng kể. Sự bảo tồn của CO trong một loạt các loài thực vật khác nhau, cũng như sự tham gia của nó trong nhiều phản ứng quang kỳ khác nhau bao gồm sự nở hoa, cho thấy tiềm năng cao trong việc sử dụng CO-Rep để điều chỉnh các phản ứng này một cách có lợi trong nông nghiệp.

Từ khóa

#CONSTANS; photoperiod; flowering; Arabidopsis; gene expression; transgenic plants; EAR motif; agriculture.

Tài liệu tham khảo

An H, Roussot C, Suárez-López P, Corbesier L, Vincent C, Piñeiro M, Hepworth S, Mouradov A, Justin S, Turnbull C, Coupland G (2004) CONSTANS acts in the phloem to regulate a systemic signal that induces photoperiodinc flowering of Arabidopsis. Development 131:3615–3626

Böhlenius H, Huang T, Charbonnel-Champaa L, Brunner AM, Jansson S, Strauss SH, Nilsson O (2006) CO/FT regulatory module controls timing of flowering and seasonal growth cessation in trees. Science 312:1040–1043

Cheng X, Wang Z (2005) Overexpression of COL9, a CONSTANS-LIKE gene, delays flowering by reducing expression of CO and FT in Arabidopsis thaliana. Plant J 43:758–768

Clough SJ, Bent AF (1998) Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J 16:735–743

Datta S, Hettiarachchi GHCM, Deng X, Holm M (2006) Arabidopsis CONSTANS-LIKE3 is a positive regulator of red light signalling and root growth. Plant Cell 18:70–84

Endo M, Nakamura S, Araki T, Mochizuki N, Nagatani A (2005) Phytochrome B in the mesophyll delays flowering by suppressing FLOWERING LOCUS T expression in Arabidopsis vascular bundles. Plant Cell 17:1941–1952

Figurski DH, Helinski DR (1979) Replication of an origin-containing derivative of plasmid RK2 dependent on a plasmid function provided in trans. Proc Natl Acad Sci USA 76:1648–1652

Fukamatsu Y, Mitsui S, Yasuhara M, Tokioka Y, Ihara N, Fujita S, Kiyosue T (2005) Identification of LOV KELCH PROTEIN2 (LKP2)-interacting factors that can recruit LKP2 to nuclear bodies. Plant Cell Physiol 46:1340–1349

Griffiths S, Dunford RP, Coupland G, Laurie DA (2003) The evolution of CONSTANS-like gene families in barley, rice and Arabidopsis. Plant Physiol 131:1855–1867

Hayama R, Yokoi S, Tamaki M, Yano K, Shimamoto K (2003) Adaptation of photoperiodic control pathways produces short-day flowering in rice. Nature 422:719–722

Hiratsu K, Ohta M, Matsui K, Ohme-Takagi M (2002) The SUPERMAN protein is an active repressor whose carboxy-terminal repression domain is required for the development of normal flowers. FEBS Lett 514:351–354

Hiratsu K, Matsui K, Koyama T, Ohme-Takagi M (2003) Dominant repression of target genes by chimeric repressors that include the EAR motif, a repression domain, in Arabidopsis. Plant J 34:733–739

Imaizumi T, Schultz TF, Harmon FG, Ho LA, Kay SA (2005) FKF1 F-Box protein mediates cyclic degradation of a repressor of CONSTANS in Arabidopsis. Science 309:293–297

Kardailsky I, Shukla V, Ahn JH, Dagenais N, Christensen SK, Nguyen JT, Chory J, Harrison MJ, Weigel D (1999) Activation tagging of the floral inducer FT. Science 286:1962–1965

Kobayashi Y, Kaya H, Goto K, Iwabuchi M, Araki T (1999) A pair of related genes with antagonistic roles in mediating flowering signals. Science 286:1960–1962

Kotake T, Takada S, Nakahigashi K, Ohto M, Goto K (2003) Arabidopsis TERMINAL FLOWER 2 gene encodes a heterochromatin protein 1 homolog and represses both FLOWERING LOCUS T to regulate flowering time and several floral homeotic genes. Plant Cell Physiol 44:555–564

Kurup S, Jones HD, Holdsworth MJ (2000) Interactions of the developmental regulator AB13 with proteins identified from developing Arabidopsis seeds. Plant J 21:143–155

Martínez-Garcia JF, Virgós-Soler A, Prat S (2002) Control of photoperiod-regulated tuberization in potato by the Arabidopsis flowering-time gene CONSTANS. Proc Natl Acad Sci USA 99:15211–15216

Matsui K, Hiratsu K, Koyama T, Tanaka H, Ohme-Takagi M (2005) A chimeric AtMYB23 repressor induces hairy roots, elongation of leaves and stems, and inhibition of the deposition of mucilage on seed coats in Arabidopsis. Plant Cell Physiol 46:147–155

Mitsuhara I, Ugaki M, Hirochika H, Ohshima M, Marakami T, Gotoh Y, Katayose Y, Nakamura S, Honkura R, Nishimiya S, Ueno K, Mochizuki A, Tanimoto H, Tsugawa H, Otsuki Y, Ohashi Y (1996) Efficient promoter cassettes for enhanced expression of foreign genes in dicotyledonous and monocotyledonous plants. Plant Cell Physiol 37:49–59

Murashige T, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiol Plant 15:473–497

Ohta M, Matsui K, Hiratsu K, Shinshi H, Ohme-Takagi M (2001) Repression domains of Class II ERF transcriptional repressors share an essential motif for active repression. Plant Cell 13:1959–1968

Onouchi H, Igeňo MI, Périlleux C, Graves K, Coupland G (2000) Mutagenesis of plants overexpressing CONSTANS demonstrates novel interactions among Arabidopsis flowering-time genes. Plant Cell 12:885–900

Putterill J, Robson F, Lee K, Simon R, Coupland G (1995) The CONSTANS gene of Arabidopsis promotes flowering and encodes a protein showing similarities to zinc finger transcription factors. Cell 80:847–857

Robson F, Costa MMR, Hepworth SR, Vizir I, Piňeiro M, Reeves PH, Putterill J, Coupland G (2001) Functional importance of conserved domains in the flowering-time gene CONSTANS demonstrated by analysis of mutant alleles and transgenic plants. Plant J 28:619–631

Samach A, Onouchi H, Gold SE, Ditta GS, Schwarz-Sommer Z, Yanofsky MF, Coupland G (2000) Distinct roles of CONSTANS target genes in reproductive development of Arabidopsis. Science 288:1613–1616

Simpson GG, Dean C (2002) Arabidopsis, the Rosetta stone of flowering time? Science 296:285–289

Strayer C, Oyama T, Schultz TF, Raman R, Somers DE, Más P, Panda S, Kreps JA, Kay SA (2000) Cloning of the Arabidopsis clock gene TOC1, an autoregulatory response regulator homolog. Science 289:768–771

Suárez-López P, Wheatley K, Robson F, Onouchi H, Valverde F, Coupland G (2001) CONSTANS mediates between the circadian clock and the control of flowering in Arabidopsis. Nature 410:1116–1120

Takada S, Goto K (2003) TERMINAL FLOWER2, an Arabidopsis homolog of HETEROCHROMATIN PROTEIN1, counteracts the activation of FLOWERING LOCUS T by CONSTANS in the vascular tissues of leaves to regulate flowering time. Plant Cell 15:2856–2865

Valverde F, Mouradov A, Soppe W, Ravenscroft D, Samach A, Coupland G (2004) Photoreceptor regulation of CONSTANS protein in photoperiodic flowering. Science 303:1003–1006

Wigge PA, Kim MC, Jaeger KE, Busch W, Schmid M, Lohmann JU, Weigel D (2005) Integration of spatial and temporal information during floral induction in Arabidopsis. Science 309:1056–1059

Yoo SK, Chung KS, Kim J, Lee JH, Hong SM, Yoo SJ, Yoo SY, Lee JS, Ahn JH (2005) CONSTANS activates SUPPRESSOR OF EXPRESSION OF CONSTANS 1 through FLOWERING LOCUS T to promote flowering in Arabidopsis. Plant Physiol 139:770–778

Thông tin
Thông tin xuất bản

Plant Cell Reports

Tập 26

815-821

Thông tin tác giả