何水林团队揭示辣椒响应高温的转录调控新机制-遗传改良中心

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何水林团队揭示辣椒响应高温的转录调控新机制

发布时间：2024年02月02日 15:16文章来源：福建农林大学微信公众号浏览次数：

在全球气候变暖的背景下，高温胁迫是植物重要非生物逆境之一，它分布在广大热带和亚热带地区辣椒等茄科植物造成生长、发育上的障碍，影响其产量和生产效益。解析辣椒等茄科植物耐高温机制，是开展辣椒耐高温遗传改良的重要基础。

大量的研究发现，在高温胁迫下，植物细胞核内成百上千的基因发生转录重排，通过热休克蛋白（HSP）等耐热相关蛋白编码基因的上调表达使植物提高耐高温水平。HSF(HEAT SHOCK FACTOR）等转录因子在其中起重要调节作用，这些转录因子本身受到其它转录因子的调节，构成转录级联或网络，以实施对植物耐高温最有效的调节。然而，HSF等转录因子是如何与其它转录因子构成级联，特别是该转录级联是如何实施对植物耐高温精细调节，其具体机制仍不清楚。

近日，福建农林大学何水林教授团队在Plant Physiology（植物生理）上发表了“Transcription factor CaHDZ15 promotes pepper basal thermotolerance by activating HEAT SHOCK FACTORA6a”（转录因子CaHDZ15通过激活热激因子HSFA6a提高辣椒的基础耐热性）论文。

该研究最早在一套RNA-seq数据中发现一个辣椒同源盒-亮氨酸拉链（Homeodomain–leucine zipper，HD-Zip）蛋白编码基因CaHDZ15在高温胁迫下显著上调，随后通过荧光定量PCR数据验证了这一结果，并发现该蛋白位于细胞核，它的病毒介导基因沉默可显著降低辣椒植株耐高温水平及HSP24等耐热相关基因表达的下调，但其在本生烟草中超表达则可显著提高植株耐高温水平及相关HSP基因的上调，表明CaHDZ15在辣椒耐高温防御反应中起正调节作用。进一步通过ChIP-PCR和EMSA等手段研究发现CaHDZ15是通过直接靶向CaHSFA6a而起作用的，而激活的CaHSFA6a通过进一步上调CaHSFA2来实现其在辣椒应答高温胁迫的正调节作用的。这是第一次发现同源盒-亮氨酸拉链蛋白可与HSFA6a和HSFA2构成转录级联参与辣椒耐高温防御反应调节。

此外，该研究还通过IP-MS、CoIP、BiFC和pull down等手段发现CaHDZ15可与CaHsp70-2互作，该互作可能有利于CaHDZ15在高温胁迫下的维持蛋白质结构稳定。且发现CaHDZ15可增强包括CaHsp70-2在内的大量热激蛋白的表达，而累积的CaHsp70-2又可以提高CaHDZ15的转录激活，说明CaHDZ15与 CaHsp70-2形成一个正反馈环以更好地稳定包括HDZ15在内的耐热想关蛋白。尤其值得指出的是，该研究发现CaHDZ15可与3-磷酸甘油脱氢酶CaGAPC1互作，使其结合CaHSFA6a启动子的能力增强，并相应地提高了CaHSFA6a的转录水平。这是首次发现来源于细胞质的3-磷酸甘油脱氢酶除了参与植物糖代谢调节外，还可充当转录调节因子参与植物耐高温的调节。

CaHDZ15调控辣椒耐高温的工作模型

综上所述，HDZ15可与HSFA6a和HSFA2构成转录级联在辣椒耐高温中起正调节作用，HSP70-2可通过与HDZ15互作使其在高温胁迫下维持蛋白质稳定，而CaGAPC1通过互作增强HDZ15在高温胁迫下对HSFA6a和HSFA2的转录调节能力。

论文的第一作者是牟少亮副教授，通讯作者是何水林教授。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金和福建农林大学发展基金项目的资助。

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