暗闇下でのイネ中胚葉伸長を制御するためのカルリキンシグナル伝達の作用を明らかにした

Karrikin Signaling Acts Parallel to and Additively with Strigolactone Signaling to Regulate Rice Mesocotyl Elongation in Darkness.

• Jianshu Zheng
• Kai Hong
• Longjun Zeng
• Lei Wang
• Shujing Kang
• Minghao Qu
• Jiarong Dai
• Linyuan Zou
• Lixin Zhu
• Zhanpeng Tang
• Xiangbing Meng
• Bing Wang
• Jiang Hu
• Yonghui Zhao
• Dali Zeng
• Peng Cui
• Quan Wang
• Qian Qian
• Yonghong Wang
• Jiayang Li
• Guosheng Xiong

抄録

単子植物における苗の出現は、主に中胚葉の伸長に依存しており、発育シグナルと環境刺激との協調が必要である。ストリゴラクトン（SL）とカリキンは、様々な発生過程を制御するブテノライド化合物であり、暗闇ではイネ（Oryza sativa）の中子葉伸長をネガティブに制御することができる。ここでは、カリキンシグナル伝達複合体であるDWARF 14-LIKE (D14L)-DWARF 3 (D3)-Oryza sativa SUPPRESSOR OF MAX2 1 (OsSMAX1)が暗所でのイネ中子葉伸長を制御していることを報告した。我々は、D14Lがカリキンシグナルを認識し、SCFD3ユビキチンリガーゼをリクルートしてOsSMAX1のユビキチン化と分解を行うことを実証し、SLによって誘導されたD53のユビキチン化と分解、D14とD3依存性のユビキチン化と分解をミラーリングした。OsSMAX1の過剰発現は暗所でのメソコチル伸長を促進したが、ノックアウトしたD14lとD3では伸長したメソコチル表現型は抑制されたが、シュートの分岐表現型にはほとんど影響を与えなかった。OsSMAX1は核内に局在し、TOPLESS-RELATED PROTEIN（TPR）と相互作用し、下流の遺伝子発現を制御していることが明らかになった。さらに、GR24エナンチオマーであるGR245DSとGR24ent-5DSは、それぞれ中胚葉伸長を阻害し、下流遺伝子の発現を制御していることを明らかにした。本研究により、カルキンとSLのシグナル伝達が、下流遺伝子の発現を調節し、中胚葉伸長を陰性に制御していることが明らかになった。

Seedling emergence in monocots depends mainly on mesocotyl elongation, requiring the coordination between developmental signals and environmental stimuli. Strigolactones (SLs) and karrikins are butenolide compounds that regulate various developmental processes; both are able to negatively regulate rice (Oryza sativa) mesocotyl elongation in the dark. Here, we report that a karrikin signaling complex, DWARF 14-LIKE (D14L)-DWARF 3 (D3)-Oryza sativa SUPPRESSOR OF MAX2 1 (OsSMAX1), regulates rice mesocotyl elongation in the dark. We demonstrate that D14L recognizes the karrikin signal and recruits the SCFD3 ubiquitin ligase for the ubiquitination and degradation of OsSMAX1, mirroring the SL-induced and D14- and D3-dependent ubiquitination and degradation of D53. Overexpression of OsSMAX1 promoted mesocotyl elongation in the dark, whereas knockout of OsSMAX1 suppressed the elongated-mesocotyl phenotypes of d14l and d3 but had little effect on their shoot branching phenotype. OsSMAX1 localizes in nucleus and interacts with TOPLESS-RELATED PROTEINs (TPRs), regulating downstream gene expression. Moreover, we showed that the GR24 enantiomers GR245DS and GR24ent-5DS specifically inhibit mesocotyl elongation and regulate downstream gene expression in a D14- and D14L-dependent manner, respectively. Our work revealed that karrikin and SL signaling play parallel and additive roles in modulating downstream genes expression and negatively regulating mesocotyl elongation in the dark.

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