A DELLA‐ANAC106 reciprocal negative feedback circuit modulates gibberellin homeostasis to regulate male fertility in Arabidopsis

拟南芥 生物 绒毡层 细胞生物学 转录因子 拟南芥 调节器 转录调控 赤霉素 花粉 遗传学 基因 突变体 雄蕊 植物 小孢子
作者
Niu Liu,Yu Qian,Qiqi Lu,Xiaofei Han,La Yang,Jiahao Su,Yan Zhang,Min Ni,Yiming Shao,Wangshu Mou,Shuqun Zhang,Juan Xu
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:248 (1): 305-320 被引量:2
标识
DOI:10.1111/nph.70427
摘要

While gibberellin (GA) homeostasis is critical for male fertility, the molecular mechanisms governing GA metabolic balance during pollen development remain poorly characterized. This study uncovers a regulatory network maintaining GA equilibrium to ensure male fertility in Arabidopsis thaliana. Through integrated multiomics approaches (DAP-Seq and RNA-Seq) combined with genetic analysis, we identified ANAC106 (AT3G12910), a previously unrecognized NAC (NAM; ATAF1, 2; and CUC2) transcription factor, as a key regulator to maintain GA biosynthesis and signaling homeostasis. Biochemical approaches using protein interaction assays and transcriptional activity tests elucidated a DELLA-ANAC106 feedback mechanism. Gain-of-function and loss-of-function of ANAC106 caused opposing effects on tapetum degradation, both leading to severe male sterility. ANAC106 directly activates GA biosynthetic genes (GA3ox2 and GA3ox4), elevating bioactive GA levels that promote DELLA degradation. The pollen developmental defects observed in ANAC106-overexpressing plants were effectively rescued by overexpressing the DELLA proteins in anthers or developing pollen. Furthermore, DELLA proteins physically interact with ANAC106 in a dose-dependent manner, inhibiting its transcriptional activation capacity to prevent GA over-accumulation. We reveal a DELLA-ANAC106 regulatory circuit that maintains GA homeostasis through reciprocal negative feedback. This self-correcting mechanism ensures precise spatiotemporal control of GA levels during tapetum-pollen coordination, representing a paradigm in phytohormonal regulation of plant reproduction.
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