热激转录因子HSFB2b负调控拟南芥热形态建成的分子机理研究

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随着全球气候变暖,温室效应加剧,高温会对植物的生长以及发育产生一系列的不利影响。在极端高温下,短时间的热胁迫可能会导致植物的死亡,而温和高温通常不会导致植物的死亡,但会对植物的形态结构和生长发育产生影响,这一过程称为热形态建成。研究和阐明植物如何应答环境温度升高对农业生产具有重要的意义。拟南芥热形态建成具有一个复杂的调控网络,其中PIF4(Phytochrome interacting factor 4)是热形态建成中的核心正调控因子,它调控了生长素的合成和响应等生物学过程。其他植物激素如赤霉素、油菜素内酯和乙烯等在拟南芥热形态建成中同样发挥着重要的作用。最近的研究表明,茉莉酸在调控拟南芥下胚轴伸长中发挥着负调控的作用。温和高温下植物通过上调茉莉酸降解基因JOX(Jasmonate-induced oxygenase)和ST2A(Sulfotransferase 2A)的表达来降低体内茉莉酸含量,从而促进下胚轴伸长,但其中的调控机理还不清楚。热激转录因子(Heat shock factor,HSF)是一类在胁迫响应中发挥着重要功能的转录因子,广泛分布于各种真核生物中。植物中存在有大量的热激转录因子,分为A类、B类和C类。HSFA家族在响应高温中主要起到正调节作用,HSFB家族被认为起到抑制作用。植物中的热激转录因子家族成员之间的结构十分相似,在N端具有保守的DNA结合结构域,能够识别热激响应元件(Heat shock elements,HSE)。研究表明,在极端高温条件下,热激转录因子通过识别下游靶标基因启动子上的HSE顺式作用元件,进而对基因的表达起到调控作用。HSF家族参与极端高温环境下的植物热激响应,但是它们参与温和高温下植物的热形态建成的分子机理仍不清楚。本研究发现,热激转录因子家族成员HSFB2a和HSFB2b的表达受温和高温(29℃)诱导上调。通过分析蛋白亚细胞定位,发现HSFB2a和HSFB2b蛋白均定位于烟草细胞的细胞核中。序列分析发现HSFB2a和HSFB2b包含转录抑制结构域,推测其作为转录抑制因子发挥作用。温和高温条件下,拟南芥突变体hsfb2b-1表现出比野生型更长的下胚轴表型,暗示其作为负调控因子在热形态建成中发挥作用。通过RNA-Seq分析,找到了高温下受HSFB2b调控的基因。qRT-PCR分析表明,温和高温下,野生型中热休克蛋白HSPs、热激转录因子HSFA2和茉莉酸降解基因ST2A等基因的表达相对于正常温度条件下有所上调,有趣的是,温和高温下这些基因在hsfb2b-1突变体中的表达水平比WT更高,表明温和高温下HSFB2b能够通过抑制下游热响应基因的表达来调控拟南芥的热形态建成。对ST2A启动子进行分析发现其中存在热激响应元件HSE,通过Effector-Reporter双荧光素酶活性测定实验证明了 HSFB2b可以抑制ST2A启动子活性。综上所述,本研究证明了 HSFB2b在植物热形态建成中的重要作用。HSFB2b通过负调控下游基因表达,从而抑制茉莉酸的降解,进而可能通过增加茉莉酸水平负调控拟南芥的热形态建成。本研究进一步揭示了茉莉酸调控植物热形态建成的分子机制,丰富了我们对植物热形态建成的认识。
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