2022年2月16日，Journal of Experimental Botany在线发表了广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室&广西甘蔗生物学重点实验室张木清教授团队题为“ScGAIL, a sugarcane N-terminal truncated DELLA-like protein, participates in GA signaling in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现甘蔗DELLA-like蛋白ScGAIL参与GA信号途径中基因表达的反馈调控，抑制DELLA蛋白降解，并与多种蛋白互作以调节GA信号相关的植物生长和发育。

植物激素赤霉素（GA）参与植物生长发育的多个生物学过程，可促进茎和叶的生长、诱导抽薹开花、打破休眠等。DELLA蛋白属于GRAS核转录调节因子家族，N端具有高度保守的DELLA结构域，是GA信号转导途径的主要负调控因子，并抑制植物生长发育。GA与其受体结合后，与DELLA蛋白发生互作，并通过26S蛋白酶体将DELLA降解，从而解除DELLA对植物生长的抑制作用。缺乏DELLA结构域的DELLA-或GRAS-like蛋白，以及N端或C端结构域不完整的DELLA亚家族蛋白已在各植物中被鉴定，这些蛋白同样参与植物生长和GA响应。然而，目前尚不清楚DELLA-like蛋白感知和转导GA信号的潜在机制。

外源GA处理能够增加甘蔗茎杆长度，提高每公顷产量；在不利条件下，施加GA对甘蔗的积极影响尤为显著。迄今为止，ScGAI是甘蔗中被报道的唯一DELLA蛋白；该蛋白通过与ScPIFs和ScEIN3等多种生长因子互作来参与茎秆发育。而是否存在其他类似蛋白参与甘蔗中GA信号的调控还有待进一步研究。

本研究在对ScGAI基因cDNA克隆过程中发现了较短序列的ScGAI-like（ScGAIL），与ScGAI相比其N端缺失了341 bp，因此编码缺乏N端DELLA结构域的蛋白。除此之外，ScGAIL与ScGAI其他序列高度同源。与ScGAIL细胞质和细胞核定位不同，ScGAI仅位于细胞核内。GA处理1小时后，ScGAIL的表达相较于ScGAI显著上调。ScGAIL在拟南芥中的过表达导致株高显著降低，叶面积减小，开花延迟，光合速率以及叶绿素b含量增加。与野生型相比，ScGAIL过表达株系中的生物活性GA1含量显著降低，而GA4和GA7含量显著增加（图1）；GA受体基因AtGID1a/b/c以及与GA合成相关基因（AtKO、AtGA3ox1和AtGA20ox1）的表达水平明显升高，AtKS、AtGA2ox1、AtRGL1和AtRGL3则显示下调。GA3或GA4+7处理并不能回补ScGAIL过表达株系的矮化及开花表型（图2），表明ScGAIL的过表达对GA的响应降低。

GA处理后，过表达株系中ScGAIL蛋白的水平并没有明显降低。蛋白检测结果表明，ScGAIL可保护AtDELLAs免受GA处理后的降解。ScGAI仅在GA3存在下与GA受体ScGID1互作，而ScGAIL与ScGID1的互作与GA3无关，表明ScGAIL发挥功能并不依赖于GA。通过酵母文库筛选发现，ScGAIL能够与光合作用、胁迫耐受性和生长代谢相关的多种蛋白互作。进一步通过酵母双杂交实验验证了五种与ScGAIL互作的蛋白，但其中只有一种与ScGAI互作，这表明ScGAIL和ScGAI可能存在不同但重叠的功能。

综上，该研究揭示了DELLA-like蛋白通过影响GAs合成、抑制DELLA蛋白降解以及与其他蛋白互作来调控植物发育的机制（图3）。这种调控机制可能有利于植物更好地适应GA信号响应，尤其是对于仅含有一个DELLA蛋白的植物。DELLA蛋白已被广泛证实通过与其他植物激素串扰以及与各种关键调控蛋白互作来调节GA介导的植物生长和胁迫响应。对ScGAIL的研究为作物育种提供了新的候选靶标，并为植物GA信号代谢提供了新思路。

该研究得到了国家自然科学基金、广西科技攻关项目、MFA和MARA中国农业研究体系项目的资助。

原文链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article-abstract/doi/10.1093/jxb/erac056/6529557?redirectedFrom=fulltext#no-access-message