西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院馬鋒旺教授團(tuán)隊(duì)揭示轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH160響應(yīng)ABA調(diào)控蘋(píng)果耐旱性的分子機(jī)理

　　近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院蘋(píng)果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)馬鋒旺教授/毛柯副研究員課題組在Plant Physiology 在線發(fā)表了題為“MdbHLH160 is stabilized via reduced MdBT2-mediated degradation to promote MdSOD1  and MdDREB2A-like  expression for apple drought tolerance”的研究論文，揭示了干旱下ABA信號(hào)通過(guò)促進(jìn)MdbHLH160蛋白穩(wěn)定性激活其介導(dǎo)的Md SOD1 和Md DREB2A-like 的表達(dá)，從而正調(diào)節(jié)蘋(píng)果耐旱性的分子機(jī)理。

 

　　課題組首先從蘋(píng)果中鑒定出一個(gè)顯著響應(yīng)干旱和ABA的bHLH轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH160，并通過(guò)轉(zhuǎn)基因植株中的功能鑒定證明其正調(diào)節(jié)耐旱性。通過(guò)互作蛋白篩選，發(fā)現(xiàn)MdbHLH160能與超氧化物歧化酶MdSOD1發(fā)生蛋白互作。亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)MdbHLH160作為核定位蛋白，其共表達(dá)能顯著促使MdSOD1蛋白入核，從而抑制脅迫下核內(nèi)ROS的過(guò)量積累。進(jìn)一步通過(guò)體外和體內(nèi)酶活性分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MdbHLH160能通過(guò)互作增強(qiáng)MdSOD1蛋白的酶活性，從而促進(jìn)干旱下植株中過(guò)量ROS的清除，緩解氧化脅迫損傷。另外，對(duì)干旱下的轉(zhuǎn)基因材料進(jìn)行表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)MdbHLH160顯著促進(jìn) MdSOD1 和DREB（dehydration-responsive element binding factor）家族基因 MdDREB2A-like 的表達(dá)。啟動(dòng)子結(jié)合鑒定及轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析實(shí)驗(yàn)證明MdbHLH160作為轉(zhuǎn)錄因子能直接結(jié)合兩個(gè)基因的啟動(dòng)子并激活它們的轉(zhuǎn)錄，從而正調(diào)節(jié)蘋(píng)果植株的耐旱性。

 

　　前人研究表明，植物在干旱下會(huì)積累ABA，且ABA信號(hào)是植物響應(yīng)干旱脅迫的關(guān)鍵通路之一。課題組發(fā)現(xiàn)MdbHLH160除了基因表達(dá)受干旱和ABA誘導(dǎo)外，其蛋白穩(wěn)定性在干旱和ABA處理下也顯著提高。通過(guò)互作蛋白篩選，發(fā)現(xiàn)MdBT2也能夠與MdbHLH160互作。目前，已有研究表明MdBT2蛋白能作為E3泛素酶復(fù)合體成員參與介導(dǎo)靶蛋白的泛素化降解，且該蛋白的功能受干旱和ABA的抑制?；诖?，課題組分析了MdBT2對(duì)MdbHLH160蛋白在不同處理下的蛋白穩(wěn)定性和泛素化水平的影響，發(fā)現(xiàn)MdBT2顯著促進(jìn)MdbHLH160蛋白的泛素化和降解，且該過(guò)程受到干旱和ABA處理的抑制。進(jìn)一步的雙轉(zhuǎn)基因愈傷中的功能鑒定和煙草葉片中的轉(zhuǎn)錄激活實(shí)驗(yàn)表明，MdBT2在一定程度上抑制了MdbHLH160介導(dǎo)的耐旱性以及對(duì)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄激活作用。

 

　　基于以上結(jié)果，該研究提出了干旱下MdbHLH160參與ABA介導(dǎo)的耐旱性調(diào)控的潛在工作模型（見(jiàn)上圖）。當(dāng)蘋(píng)果植株處于干旱脅迫下，ABA積累且ABA信號(hào)被激活。ABA信號(hào)一方面通過(guò)促進(jìn) MdbHLH160 的基因表達(dá)促進(jìn)其蛋白積累。另一方面，ABA信號(hào)會(huì)抑制 MdBT2 的表達(dá)和蛋白穩(wěn)定性，從而抑制其介導(dǎo)的MdbHLH160蛋白的泛素化降解。隨后，積累的MdbHLH160蛋白結(jié)合靶基因 MdSOD1 和 MdDREB2A-like 的啟動(dòng)子并促進(jìn)它們的表達(dá)，從而增強(qiáng)植株耐旱性。另外，MdbHLH160還能通過(guò)與MdSOD1互作促進(jìn)其酶活性以及在細(xì)胞核中的積累，從而緩解干旱下的核內(nèi)氧化脅迫損傷。綜上，該研究提出了蘋(píng)果響應(yīng)干旱脅迫的ABA-MdBT2-MdbHLH160- MdSOD1/MdDREB2A-like 級(jí)聯(lián)通路。

 

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)作物抗逆與高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/園藝學(xué)院馬鋒旺教授為本文通訊作者，毛柯副研究員和博士后楊潔為本文第一作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省科技重大專項(xiàng)、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃和國(guó)家蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金的資助。研究還得到西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的支持。