河北师大揭示HSFA1调节PIF4的表达促进植物高温形态建成

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

随着季节变换、昼夜更替，植物所处的环境温度不断变化。当外界环境温度略高于植物的最适生长温度时（温和高温，对拟南芥来说28℃左右），植物会激活核心转录因子PIF4，通过促进下胚轴和叶柄伸长等形态变化远离地面或者促进降温，该反应被称为“热形态建成”。当外界环境温度远远大于植物的最适生长温度时（热激高温，对拟南芥来说32℃以上），高温将抑制植物的生长发育，此时植物会通过激活HSFA1家族转录因子来促进HSP等基因的表达，提高植物对环境高温的耐受能力，该反应被称为“热激反应”。因为“热形态建成”和“热激反应”通过激活不同的核心转录因子来调节不同的高温应答反应，因此长期以来，它们被认为是两种不同的植物高温响应过程。由于环境温度需要先升高到28℃才能达到更高的热激高温，因此对于“热形态建成”和“热激反应”两过程之间是否存在相同的高温感应机制以及相互之间是否有信号交叉互作并不清楚。

近日，JIPB 在线发表了河北师范大学汤文强课题组题为"Heat Shock Factor A1s are Required for Phytochrome-Interacting Factor 4-Mediated Thermomorphogenesis in Arabidopsis"的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13579），报道了对这一问题的新发现。该研究首先利用RNA-seq的研究方法，证明28℃高温处理30 min也可以诱导大量HSFA1s靶基因的表达。HSFA1s缺失的四重突变体（cq）对28℃诱导的下胚轴伸长完全不敏感（图1）。同时，HSFA1s的蛋白水平在28℃处理后积累，细胞核内定位也增加。这些结果表明，参与植物热激响应的HSFA1s也参与高温形态建成过程，且是温和高温促进下胚轴伸长所必须的。

图1. HSFA1s参与温和高温促进下胚轴伸长(A)短周期条件下，植物在16℃下萌发并生长3天，然后在16℃继续生长或者转移至22℃和28℃继续生长5天后的表型；(B)对(A)中植物下胚轴的定量统计结果。

该研究继续利用HSFA1和节律依赖的RNA-seq方法，通过全基因组的表达水平分析发现众多参与热形态建成的核心调控基因（包括PIF4）和生物钟调控基因的表达水平和/或节律模式在cq中发生了变化，并且这种变化在28℃时更显著。进一步研究发现28℃可以促进HSFA1s入核，并增强HSFA1s和PIF4启动子的结合；PIF4过表达可以部分恢复cq28℃下胚轴不伸长的表型，证明了PIF4作用于HSFA1s的下游调节温和高温促进的下胚轴伸长过程。

基于这些结果，该研究提出了一个高温形态建成调控的新途径（图2）。该模型认为温和高温被感知后通过激活HSFA1s来调节植物节律，促进PIF4的表达，稳定PIF4蛋白，最终导致PIF4蛋白在植物体内的积累，促进高温形态建成。该研究发现HSFA1s在植物高温响应过程中具有“双重作用”：温和高温条件下促进高温形态建成，热激条件下帮助植物抵御“热激高温”，反映了“热激”和“热形态建成”并不是两个独立的生物学过程，为今后解析植物如何感知高温信号的研究提供了新的思考。

图2. HSFA1s参与温和高温促进下胚轴伸长的作用模式图

河北师范大学已毕业博士生李兵杰和在读博士生江诗萌、高亮为该论文的共同第一作者，汤文强教授和刘昕烨副教授为共同通讯作者。该课题受中国自然科学基金、河北省自然科学基金和河北省人才队伍建设项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！