トウモロコシAUX/IAAタンパク質ファミリーにおける下流の遺伝子活性の安定性、局在、相互作用、および制御の多様性

オーキシン/インドール-3-酢酸（AUX/IAA）タンパク質は、オーキシンシグナル伝達の中心的な調節因子です。それらは、植物の発達の多くの側面を制御し、保存されたドメイン構造を共有し、核に局在しています。本研究では、この遺伝子ファミリーの進化、系統、および発現の多様性を表す5つのトウモロコシAUX/IAAタンパク質（ZMIAA2、ZMIAA11、ZMIAA15、ZMIAA20、ZMIAA33）が特徴付けられました。細胞内局在研究により、ZMIAA2、ZMIAA11、ZMIAA15は核に限定され、ZMIAA20とZMIAA33は核と細胞質の両方に局在していることが明らかになりました。ドメインIIのデグロン配列（VGWPPV）における特定の点変異の導入は、セリンによる最初のプロリンまたはロイシンによる2番目のプロリンを置換することにより、AUX/IAAタンパク質を安定させました。タンパク質の半減期は、〜11分（Zmiaa2）から約1220分（Zmiaa15）の間の野生型タンパク質で観察されましたが、5つのタンパク質すべての変異型はGFPコントロールタンパク質とほぼ同じくらい安定していました。さらに、5つのトウモロコシAUX/IAAタンパク質はすべて、ルシフェラーゼアッセイで異なる程度まで下流の遺伝子発現を抑制しました。さらに、Bimolecular蛍光補完（BIFC）分析により、5つのAUX/IAAタンパク質とRUM1（検出不能な分裂組織1、ZMIAA10の根がない）との相互作用が実証されましたが、ZMIAA15とZMIAA33のみがRUM1 PARALOG RUL1（RUM-LIKE 1、ZMIAA29）と相互作用しました。さらに、ZMIAA11、ZMIAA15 ZMIAA33はホモタイプの相互作用を示しました。したがって、保存されたドメイン構造にもかかわらず、トウモロコシaux/IAAタンパク質は、その分子特性に大きな変動性を示します。

AUXIN/INDOLE-3-ACETIC ACID (Aux/IAA) proteins are central regulators of auxin signal transduction. They control many aspects of plant development, share a conserved domain structure and are localized in the nucleus. In the present study, five maize Aux/IAA proteins (ZmIAA2, ZmIAA11, ZmIAA15, ZmIAA20 and ZmIAA33) representing the evolutionary, phylogenetic and expression diversity of this gene family were characterized. Subcellular localization studies revealed that ZmIAA2, ZmIAA11 and ZmIAA15 are confined to the nucleus while ZmIAA20 and ZmIAA33 are localized in both the nucleus and the cytoplasm. Introduction of specific point mutations in the degron sequence (VGWPPV) of domain II by substituting the first proline by serine or the second proline by leucine stabilized the Aux/IAA proteins. While protein half-life times between ∼11 min (ZmIAA2) to ∼120 min (ZmIAA15) were observed in wild-type proteins, the mutated forms of all five proteins were almost as stable as GFP control proteins. Moreover, all five maize Aux/IAA proteins repressed downstream gene expression in luciferase assays to different degrees. In addition, bimolecular fluorescence complementation (BiFC) analyses demonstrated interaction of all five Aux/IAA proteins with RUM1 (ROOTLESS WITH UNDETECTABLE MERISTEM 1, ZmIAA10) while only ZmIAA15 and ZmIAA33 interacted with the RUM1 paralog RUL1 (RUM-LIKE 1, ZmIAA29). Moreover, ZmIAA11, ZmIAA15 ZmIAA33 displayed homotypic interaction. Hence, despite their conserved domain structure, maize Aux/IAA proteins display a significant variability in their molecular characteristics which is likely associated with the wide spectrum of their developmental functions.