TPC|中科院研究团队利用Y2H技术揭示拟南芥昼夜节律钟蛋白PRR5在种子萌发过程与ABI5相互作用并刺激其调节脱落酸信号

种子发芽和发芽后生长需要多种内在和环境信号的精确协调。植物激素脱落酸 (ABA) 抑制拟南芥中的这些过程，生物钟有助于调节 ABA 信号。然而，生物钟介导的 ABA 信号的分子机制在很大程度上仍然未知。

6月21日中国科学院西双版纳热带植物园胡彦如研究团队在THE PLANT CELL发表了一篇名为“TheArabidopsis circadian clock protein PRR5 interacts with and stimulates ABI5 tomodulate abscisic acid signaling during seed germination”的文章，揭示了拟南芥生物钟蛋白PRR5在种子萌发过程中与ABI5相互作用并刺激其调节脱落酸信号。

在这里，我们发现核心生物钟蛋白 PSEUDO-RESPONSE REGULATOR5 (PRR5) 和 PRR7 与 ABA 信号转导的关键转录因子 ABSCISIC ACID INSENSITIVE5(ABI5) 物理相关。PRR5 和 PRR7 在种子萌发过程中积极调节 ABA 信号。破坏 PRR5 和PRR7 同时使发芽种子对 ABA 不敏感，而PRR5 的过表达增强 ABA 信号以抑制种子萌发。与此一致，几个 ABA 响应基因的表达被 PRR 蛋白上调。遗传分析表明，PRR5 主要依赖 ABI5 促进 ABA 信号。进一步的机制研究表明，PRR5 刺激 ABI5 的转录功能而不影响其稳定性。

ABI5转录因子是ABA信号传导的关键调节因子，抑制种子萌发和幼苗早期生长。重要的是，ABI5还可以作为一个关键的相互作用节点来整合ABA信号和其他途径。为了进一步研究种子萌发过程中ABA信号昼夜节律调控的分子机制，我们进行了酵母双杂交分析，以确定ABI5与生物钟蛋白的核心成分（包括CCA1、LHY、PRR9、PRR7、PRR5、PRR3和TOC1）之间可能的物理相互作用。将全长ABI5与猎物载体（AD-ABI5）的Gal4激活域（AD）融合，并将时钟蛋白的全长与诱饵载体（BD-CCA1、BD-LHY、BD-PRR和BD-TOC1）的Gal4 DNA结合域（BD）连接。

图1 ABI5与PRR5和PRR7的相互作用

如图1A所示，ABI5与酵母双杂交系统中的PRR5和PRR7物理相关，并且未检测到ABI5与CCA1、LHY、PRR9、PRR3或TOC1之间的相互作用（图1A；补充图S1）。平行实验表明，ABI3和ABI4这两个参与ABA信号转导的关键转录因子与酵母中的PRR5和PRR7没有相互作用，支持ABI5与PRR5和PRR7相互作用的特异性。

图2 AB5908蛋白与PRR蛋白相互作用的简化模型

为了更好地理解拟南芥核心生物钟蛋白PRR5/7/9调控ABA信号的分子机制，我们构建了一个简化模型，包括PRR5/7/9和ABI5，如图2所示，ABA在种子萌发早期诱导ABI5和PRR5/7/9的表达。PRR5和PRR7与ABI5发生作用，刺激其转录功能，增强ABA信号，维持种子萌发和萌发后的正常生长。此外，PRR5、PRR7和PRR9可能通过ABA信号的其他成分调节ABA反应，并与ABA生物合成负相关。再加上ABI5的转录水平对ABA的反应呈昼夜节律模式，在种子萌发过程中，生物钟对ABI5介导的ABA信号可能表现出转录水平和蛋白质水平的双重调控作用，这些生物钟对ABI5介导的ABA信号的双重调控可能是种子萌发过程中建立适当ABA信号的适应机制。油菜素类固醇相关的BES1转录因子与ABI5物理结合并减弱其转录活性，从而整合油菜素类固醇和ABA信号以调节种子萌发。

总的来说，我们的结果表明，这些 PRR 蛋白与 ABI5 协同作用，在种子萌发过程中激活 ABA 反应，从而提供了对 ABA 信号传导和生物钟如何通过涉及 ABI5 和生物钟核心组件的转录复合物直接整合的机制理解。