参与调控棉花纤维伸长的油菜素内脂转录调控网

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引言

 

油菜素内脂(BRs)在植物的生长和发育过程中起着重要的调节作用，细胞伸长、光形态建成、衰老共生、脉管分化以及胁迫响应等过程均受到BRs调控。此外，BRs还与生长素、茉莉酸、细胞分裂素、乙烯、脱落酸、赤霉素、水杨酸等多种激素途径相互作用，共同构成复杂的植物发育和生理的激素调控网络。

以往研究表明，BRs通过BR信号传导通路调控下游靶基因的表达，从而影响植物的各种生理生化功能。而BES1/BZR1被鉴定为BR信号传导通路的核心转录因子，其中，BES1为转录激活因子。但在陆地棉（G. hirsutum）中BES1如何调控下游靶基因影响纤维伸长的作用机制尚不清楚。众所周知，ChIP-seq和DAP-seq是研究基因组上转录因子结合位点（transcription factor binding sites, TFBS）的有效方法，被广泛应用于转录因子靶基因的鉴定。但由于抗体质量、部分植物中转录因子表达量低、存在时空特异性等因素影响，ChIP-seq在植物上的应用受到限制。虽然，也有通过添加标签，用标签抗体进行植物ChIP-seq的情况，但部分植物转录因子也会考虑用DAP-seq进行TFBS研究，上述两种技术康测都有丰富的项目经验和严格的质控流程！此外，GWAS可以在全基因组范围内寻找SNP与性状相关的位点，并通过SNP位点定位与性状相关的基因。本研究中，作者联合DAP-seq、RNA-seq和GWAS的数据，筛选出与陆地棉纤维伸长相关的GhBES1.4靶基因，并构建了GhBES1.4调控纤维发育的转录调控网络。

 

 研究结果

  1. 利用DAP-seq在GhBES1.4结合全基因组鉴定区域

首先，作者利用DAP-seq鉴定得到9894个可能的GhBES1.4结合区域(Figure 1A)，并统计了这些结合区域在基因组上的分布情况，发现在promoter区占比为17.17%(Figure 1B)。接着，作者统计了转录起始位点（TSS）上下游2.5 kb的peak数量。结果显示：GhBES1.4倾向于与TSS附近的DNA序列结合，且在启动子区500 bp内高度富集(Figure 1, C and D)。作者推测：GhBES1.4倾向于与启动子区DNA元件结合以调节基因表达。众所周知，转录因子主要与下游靶基因的启动子区结合从而发挥功能。因此，作者将筛选得到的1,531个分布在启动子区的GhBES1.4结合区域的关联基因作为GhBES1.4的靶基因。GhCPD、GhCYP90D1和GhBRL其中，被鉴定为靶基因。

  1. 陆地棉中GhBES1.4结合位点的鉴定

以往研究表明BES1，可以靶向BRRE和E-box来调控基因的表达。为了进一步鉴定出陆地棉中GhBES1.4的结合motif，作者采用MEME中的CentriMo程序对DAP-seq数据进行motif分析。结果表明：陆地棉中，GhBES1.4与E-box和BRRE的结合均表现出较高的亲和力(Figure 2, A and C)。GhBES1.4与E-box结合频率为63%，而与BRRE的结合频率为16%。此外，在未报道的GhBES1.4识别位点(MEME-3/4/5)也显示有富集(Figure 2B)。

随后，为了验证DAP-seq鉴定到