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        擬南芥FD與14-3-3/GRF7蛋白的相互作用研究

        2017-05-19 07:51:40袁敏王莉葛偉娜張嵐
        生物技術(shù)通報(bào) 2017年5期
        關(guān)鍵詞:雙雜交同源酵母

        袁敏 王莉 葛偉娜 張嵐

        (華北理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院基因組學(xué)與計(jì)算生物學(xué)研究中心,唐山 063000)

        擬南芥FD與14-3-3/GRF7蛋白的相互作用研究

        袁敏 王莉 葛偉娜 張嵐

        (華北理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院基因組學(xué)與計(jì)算生物學(xué)研究中心,唐山 063000)

        為了明確擬南芥FD與14-3-3/GRFs家族成員14-3-3/GRF7之間的互作關(guān)系,利用酵母雙雜交和雙分子熒光互補(bǔ)兩種技術(shù)分別做了研究。在酵母中,與陰性對(duì)照相比,共轉(zhuǎn)化FD-BD與14-3-3/GRF7-AD的酵母菌落在-Leu/-Trp/-His/-Ade四缺培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好,表明在酵母中FD與4-3-3/GRF7之間存在直接的相互作用。在煙草中,與陰性對(duì)照相比,轉(zhuǎn)化FD-cYFP與14-3-3/ GRF7-nYFP,以及FD-nYFP與14-3-3/GRF7-cYFP載體的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后均在細(xì)胞核內(nèi)觀察到很強(qiáng)的熒光信號(hào),表明在煙草細(xì)胞中FD與14-3-3/GRF7之間存在直接的相互作用。兩種技術(shù)的結(jié)果共同證實(shí)FD與14-3-3/GRFs家族成員14-3-3/GRF7之間存在直接相互作用。

        FD;14-3-3/GRF7;酵母雙雜交;雙分子熒光互補(bǔ)

        堿性亮氨酸拉鏈(Basic leucine zipper,bZIP)轉(zhuǎn)錄因子是真核生物中最保守、分布最廣泛的一類轉(zhuǎn)錄因子。目前,科學(xué)家們已經(jīng)在擬南芥、大豆、水稻等多個(gè)物種的基因組中發(fā)現(xiàn)了大量的bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族成員[1-3]。這些不同家族的bZIP轉(zhuǎn)錄因子成員廣泛參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、病菌防御、對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)、花的發(fā)育、葉片衰老、種子成熟和植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種生物學(xué)過(guò)程[4-7]。

        近年來(lái)的研究表明,bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族成員FD(bZIP14)及其同源基因FDP在植物開(kāi)花控制過(guò)程中發(fā)揮重要作用,擬南芥fd突變體表現(xiàn)出非常明顯的晚花表型[8,9],F(xiàn)D蛋白主要在頂端分生組織中表達(dá)。植物開(kāi)花素蛋白FT在葉片中合成,經(jīng)維管束的長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)竭_(dá)頂端分生組織,促進(jìn)開(kāi)花[10]。目前,已經(jīng)在一些物種中證實(shí),其FD同源蛋白與FT同源蛋白在頂端分生組織形成復(fù)合體發(fā)揮作用。玉米中,bZIP轉(zhuǎn)錄因子蛋白DLF1與玉米中FT的同源蛋白ZCN8在酵母中相互作用[11,12]。水稻中過(guò)表達(dá)OsFD1與水稻FT同源蛋白Hd3a能夠上調(diào)花分生組織識(shí)別基因OsMADS15的表達(dá)[13,14]。但是,這些FD同源蛋白與FT同源蛋白之間并不存在直接的相互作用,而是需要14-3-3蛋白的介導(dǎo)形成復(fù)合體。其中FT與14-3-3互作的證據(jù)主要來(lái)自番茄和水稻中同源蛋白的相互作用。番茄中,14-3-3的一個(gè)亞型14-3-3/74與番茄中FT的同源基因SP在酵母中直接相互作用,過(guò)表達(dá)番茄14-3-3能夠恢復(fù)SP缺失的表型[15]。在水稻中發(fā)現(xiàn)的8個(gè)14-3-3家族成員中,有4個(gè)與水稻FT的同源基因Hd3a相互作用。如果同時(shí)下調(diào)這4個(gè)水稻14-3-3蛋白的表達(dá)量,那么,因過(guò)表達(dá)Hd3a與OsFD1被上調(diào)的OsMADS15的表達(dá)量也會(huì)在一定程度上降低[16]。目前,F(xiàn)D與14-3-3互作的證據(jù)主要來(lái)自水稻同源蛋白。14-3-3蛋白識(shí)別的特異序列通常是R/K-S-X-P或者R/K-XX-S-P,在水稻中14-3-3蛋白正是與水稻OsFD1的C末端SAP結(jié)構(gòu)域直接相互作用[14]。但是在擬南芥中,F(xiàn)D是否與14-3-3/GRFs之間存在直接的相互作用目前還不清楚,基于此,本研究利用酵母雙雜交和雙分子熒光互補(bǔ)技術(shù)來(lái)研究FD與14-3-3/GRF7之間的相互作用,旨為FT-14-3-3-FD蛋白復(fù)合體的存在提供更多的證據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        酵母菌株AH109、酵母雙雜交載體PGADT7和PGBKT7、酵母轉(zhuǎn)化試劑、酵母培養(yǎng)基均購(gòu)于Clontech公司;pCRTM8克隆試劑盒(K2520-20)和LR重組試劑盒(11791020)購(gòu)自Invitrogen公司。

        1.2 方法

        1.2.1 酵母雙雜交載體的構(gòu)建 使用FD基因特異性引物,cDNA作為模板擴(kuò)增得到FD全長(zhǎng)基因,利用pCRTM8克隆試劑盒將其構(gòu)建到入門載體pCRTM8上,轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α,菌落PCR和測(cè)序鑒定后獲得FD入門載體(FD-pCRTM8)。將FD-pCRTM8分別與目標(biāo)載體PGADT7和PGBKT7利用LR重組試劑盒進(jìn)行LR重組,轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α,菌落PCR和測(cè)序鑒定獲得目標(biāo)載體FD/PGADT7(FD-AD)和FD/PGBKT7(FD-BD)。

        1.2.2 酵母雙雜交試驗(yàn) 將0.5 μg FD-BD和0.5 μg 14-3-3/GRF7-AD共同加入到酵母感受態(tài)細(xì)胞中,室溫孵育過(guò)夜。42℃水浴中熱激30 min。冰上放置1-2 min。取適量酵母轉(zhuǎn)化液涂布在-Leu/-Trp雙缺固體培養(yǎng)基上,30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2-4 d直至克隆長(zhǎng)出。各個(gè)對(duì)照組也利用上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。待酵母克隆長(zhǎng)至合適大小,挑取酵母單克隆溶于50-100 μL無(wú)菌水中,各吸取10 μL滴在-Leu/-Trp/-His/-Ade四缺固體培養(yǎng)基上,培養(yǎng)2-4 d觀察菌落生長(zhǎng)情況。

        1.2.3 BiFC載體的構(gòu)建 利用LR重組試劑盒,將入門載體FD-pCRTM8和14-3-3/GRF7-pCRTM8分別與BiFC系統(tǒng)目標(biāo)載體px-nYFP和px-cYFP重組,轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α,菌落PCR鑒定和測(cè)序鑒定,獲得正確的目標(biāo)載體后轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌GV3101。

        1.2.4 煙草注射與熒光信號(hào)的觀察 分別接種要注射的農(nóng)桿菌于5 mL LB液體培養(yǎng)基中搖培過(guò)夜,室溫離心收集菌體,用注射緩沖液(10 mmol/L MES,pH5.6;10 mmol/L MgCl2,150 μmol/L acetosyringone)洗滌2-3次,每次離心3 000 r/min。利用注射緩沖液重懸菌體至OD600約為0.6-0.8,室溫緩慢搖培2-4 h。取等體積的兩種農(nóng)桿菌液體混勻,用去掉針頭的注射器將混勻的農(nóng)桿菌菌液緩慢注射入煙草葉片下表皮,并做好標(biāo)記。注射好的煙草放回培養(yǎng)室培養(yǎng)36-48 h。取生長(zhǎng)良好的煙草葉片,距針孔周圍5 mm處剪下大約5 mm的葉片,平放在載玻片上,用熒光顯微鏡觀察和拍照。

        2 結(jié)果

        2.1 酵母雙雜交載體的構(gòu)建

        使用FD基因特異性引物擴(kuò)增得到858 bp的FD全長(zhǎng)基因(圖1-A),利用pCRTM8克隆試劑盒將其構(gòu)建到入門載體pCRTM8上,菌落PCR和測(cè)序鑒定后獲得FD入門載體(FD-pCRTM8)(圖1-B)。將FD-pCRTM8與目標(biāo)載體PGBKT7利用LR重組試劑盒進(jìn)行重組,獲得目標(biāo)載體FD/PGBKT7(FD-BD)。

        圖1 FD-pCRTM8入門載體的構(gòu)建

        2.2 酵母雙雜交試驗(yàn)驗(yàn)證FD與14-3-3/GRF7的相互作用

        將FD-BD與14-3-3/GRF7-AD共 轉(zhuǎn) 化 酵 母AH109感受態(tài)細(xì)胞,同時(shí)共轉(zhuǎn)化AD與BD,AD與FD-BD,14-3-3/GRF7-AD與BD作為陰性對(duì)照。轉(zhuǎn)化后將酵母細(xì)胞涂布于-Leu/-Trp雙缺培養(yǎng)基上培養(yǎng)2-4 d。待酵母克隆長(zhǎng)至合適大小,從每個(gè)平板上挑取3個(gè)酵母單克隆分別溶于50-100 μL無(wú)菌水中,各吸取10 μL滴在-Leu/-Trp/-His/-Ade四缺培養(yǎng)基上,培養(yǎng)2-4 d觀察菌落生長(zhǎng)情況,相同的酵母菌液同時(shí)滴在-Leu/-Trp雙缺培養(yǎng)基上作為對(duì)照。生長(zhǎng)2-4 d后,在保證酵母菌落在雙缺培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好的情況下,觀察-Leu/-Trp/-His/-Ade四缺培養(yǎng)基上酵母菌落生長(zhǎng)情況。共轉(zhuǎn)化AD與BD,AD與FD-BD,14-3-3/GRF7-AD與BD的酵母菌落在-Leu/-Trp/-His/-Ade四缺培養(yǎng)基上都沒(méi)有生長(zhǎng),而共轉(zhuǎn)化FD-BD與14-3-3/GRF7-AD的酵母菌落與陰性對(duì)照相比,生長(zhǎng)良好(圖2)。結(jié)果表明,F(xiàn)D與14-3-3/GRF7在酵母中直接相互作用。

        圖2 FD與14-3-3/GRF7在酵母中直接相互作用

        2.3 BiFC試驗(yàn)驗(yàn)證FD與14-3-3/GRF7的相互作用

        在酵母中驗(yàn)證了FD與14-3-3/GRF7的相互作用之后,又進(jìn)一步利用BiFC技術(shù)驗(yàn)證FD與14-3-3/GRF7在煙草細(xì)胞中是否直接相互作用。首先將FD與YFP的C端(cYFP)融合,14-3-3/GRF7與YFP的N端(nYFP) 融 合 獲 得FD-cYFP和14-3-3/GRF7-nYFP融合載體。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染技術(shù)將轉(zhuǎn)化有FD-cYFP與14-3-3/GRF7-nYFP的農(nóng)桿菌菌液共注射到煙草葉表皮細(xì)胞中,36-48 h內(nèi)在激光共聚焦顯微鏡下觀察熒光表達(dá)情況。轉(zhuǎn)化FD-cYFP與14-3-3/GRF7-nYFP載體的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后,在細(xì)胞核內(nèi)觀察到很強(qiáng)的熒光信號(hào)(圖3-A)。而轉(zhuǎn)化FD-cYFP載體與px-nYFP(空載體)的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后沒(méi)有觀察到熒光信號(hào)(圖3-B);轉(zhuǎn)化px-cYFP(空載體)與14-3-3/GRF7-nYFP載體的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后也沒(méi)有觀察到熒光信號(hào)(圖3-C)。

        為排除標(biāo)簽的影響,試驗(yàn)中又做了標(biāo)簽互換,將FD與YFP的N端(nYFP)融合,14-3-3/GRF7與YFP的C端(cYFP)融合,獲得FD-nYFP和14-3-3/GRF7-cYFP融合載體。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)化FD-nYFP與14-3-3/GRF7-cYFP載體的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后仍然在細(xì)胞核內(nèi)觀察到很強(qiáng)的熒光信號(hào)(圖4-A);而轉(zhuǎn)化FD-nYFP載體與px-cYFP(空載體)的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后沒(méi)有觀察到熒光信號(hào)(圖4-B);轉(zhuǎn)化px-nYFP(空載體)與14-3-3/GRF7-cYFP載體的農(nóng)桿菌共注射煙草細(xì)胞之后也沒(méi)有觀察到熒光信號(hào)(圖4-C)。

        綜上所述,F(xiàn)D-cYFP和14-3-3/GRF7-nYFP在煙草細(xì)胞中共注射時(shí),在細(xì)胞核內(nèi)能觀察到很強(qiáng)的綠色熒光信號(hào);FD-nYFP和14-3-3/GRF7-cYFP在煙草細(xì)胞中共注射時(shí)同樣在細(xì)胞核內(nèi)觀察到很強(qiáng)的綠色熒光信號(hào)。由此說(shuō)明,在煙草細(xì)胞中FD與14-3-3/GRF7之間存在直接相互作用。

        圖3 FD-cYFP與14-3-3/GRF7-nYFP在煙草中直接相互作用

        圖4 FD-nYFP與14-3-3/GRF7-cYFP在煙草中直接相互作用

        3 討論

        蛋白質(zhì)作為生物體生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者,幾乎參與細(xì)胞中的每一個(gè)生理過(guò)程,諸如DNA包裝、基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等。在蛋白質(zhì)組學(xué)方面,關(guān)于蛋白質(zhì)相互作用的研究是一個(gè)重點(diǎn)。蛋白間的相互作用會(huì)產(chǎn)生蛋白復(fù)合體,調(diào)控生物體的生命活動(dòng),研究蛋白質(zhì)間的相互作用是了解生物體生命活力過(guò)程的關(guān)鍵。關(guān)于蛋白質(zhì)相互作用的研究手段很多,如酵母雙雜交(YTH)、雙分子熒光互補(bǔ)(BiFC)、凝膠孵育(Overlay)、免疫共沉淀(Co-IP)等,這些技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn),互為補(bǔ)充。我們利用酵母雙雜交和雙分子熒光互補(bǔ)兩種技術(shù)共同證實(shí)了植物開(kāi)花調(diào)控途徑中的轉(zhuǎn)錄因子FD和14-3-3/GRF7之間存在直接的相互作用。

        植物的開(kāi)花過(guò)程是一個(gè)受眾多因素調(diào)控的復(fù)雜過(guò)程。關(guān)于植物開(kāi)花方面的研究一直是生物學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn),取得了很多重要的研究進(jìn)展,但仍然存在很多未解決的問(wèn)題。已有研究表明,植物的開(kāi)花時(shí)間由光周期途徑、春化途徑、自主途徑和赤霉素途徑這4條途徑交互作用控制。在這些途徑的交匯節(jié)點(diǎn)處發(fā)揮關(guān)鍵作用的是一對(duì)同源基因FT與TFL1,二者發(fā)揮相反的作用,F(xiàn)T促進(jìn)開(kāi)花,TFL1抑制開(kāi)花[17]。FT蛋白被稱作開(kāi)花素,過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間,人們認(rèn)為FT蛋白是轉(zhuǎn)錄因子,直接調(diào)控下游基因的表達(dá)。直到后來(lái)人們才發(fā)現(xiàn)FT本身不是轉(zhuǎn)錄因子,而是在植物頂端分生組織處與轉(zhuǎn)錄因子FD形成蛋白復(fù)合體共同調(diào)控下游基因的表達(dá)[8,9]。近年來(lái)的研究結(jié)果又進(jìn)一步在水稻中證實(shí)FT同源蛋白Hd3a與水稻FD蛋白復(fù)合體的形成需要14-3-3蛋白的介導(dǎo)[14]。本研究證實(shí)擬南芥中FD和14-3-3/GRF7直接互作,為擬南芥FT-14-3-3-FD蛋白復(fù)合體的存在提供了更多的證據(jù)。14-3-3蛋白也被稱作生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子(GRFs),廣泛參與多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及介導(dǎo)多種信號(hào)通路之間的交互作用。14-3-3蛋白可以與多種蛋白結(jié)合,并且通常與磷酸化的蛋白結(jié)合,通過(guò)改變這些蛋白的活性、亞細(xì)胞定位、穩(wěn)定性等發(fā)揮作用[18]。如在植物激素BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中,14-3-3蛋白與磷酸化狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子BZR1結(jié)合后,使BZR1滯留在細(xì)胞質(zhì)中而不能進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控下游基因表達(dá)[19]。那么,在植物開(kāi)花調(diào)控中,14-3-3蛋白是否也通過(guò)改變FD或者FT蛋白的定位來(lái)發(fā)揮作用,其參與開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)制目前還不清楚。此外,擬南芥中的FD蛋白第282位蘇氨酸(T282)可以被CPKs蛋白激酶家族成員CPK33和CPK6磷酸化[20],因此T282是否參與FD蛋白與14-3-3蛋白GRF7的互作目前也不清楚。這些問(wèn)題都值得進(jìn)一步深入研究與探索,也將是我們今后工作的方向和重點(diǎn)。

        4 結(jié)論

        本研究構(gòu)建了FD和14-3-3/GRF7基因的酵母雙雜交載體,利用酵母雙雜交技術(shù)證實(shí)了FD與14-3-3/GRF7之間存在直接的相互作用。其次,構(gòu)建了FD與14-3-3/GRF7基因的雙分子熒光互補(bǔ)系統(tǒng)載體,利用雙分子熒光互補(bǔ)技術(shù)也證實(shí)了FD和14-3-3/GRF7之間存在直接的相互作用。兩種技術(shù)互為補(bǔ)充,互相印證,更加確定了結(jié)果的真實(shí)可靠。

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        (責(zé)任編輯 馬鑫)

        Studies on the Interaction Between FD and 14-3-3/GRF7 in Arabidopsis thaliana

        YUAN Min WANG Li GE Wei-na ZHANG Lan
        (Genomics and Computational Biology Research Center,College of Life Science,North China University of Science and Technology,Tangshan 063000)

        In order to prove whether or not there is any interaction between FD and 14-3-3/GRF7 of 14-3-3/GRFs family,both yeast two hybrid and BiFC assays were performed. In yeast,the yeast colonies co-transformed with FD-BD and 14-3-3/GRF7-AD constructs grew well in -Leu/-Trp/-His/-Ade medium comparing with negative controls,indicating that FD directly interacted with 14-3-3/GRF7 in yeast. In tobacco,comparing with negative controls,the obvious YFP fluorescence signals were detected in the tobacco cells in which Agrobacterium co-transformed with FD-cYFP and 14-3-3/GRF7-nYFP,or FD-nYFP and 14-3-3/GRF7-cYFP vectors was injected,revealing that FD also directly interacted with 14-3-3/GRF7 in tobacco. The results by both assays confirm that there is direct interaction between FD and 14-3-3/GRF7 of 14-3-3/GRFs family.

        FD;14-3-3/GRF7;yeast two hybrid;BiFC

        10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017.05.017

        2016-12-05

        國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31401212),河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C2014209134),唐山市科技局項(xiàng)目(14130274a)

        袁敏,女,博士,研究方向:植物生長(zhǎng)發(fā)育;E-mail:yuanmin308@163.com

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