油菜素内酯(BRs,Brassinosteroids)在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。BRs通过级联的信号组件起作用,包括负调节因子BIN2(BRASSINOSTERIOID INSENSITIVE2)和GSK3(glycogen synthase kinase 3)-like kinase以调控转录因子BES1(BRI1-EMS SUPRESSOR 1)和BZR1(BRASSINAZOLE-RESISITANT 1)【1,2】。之前的研究发现,外源施用BR可以提高拟南芥和番茄的耐旱性,并且BRI1-LIKE3(BRL3)的过表达导致耐旱性增加;然而BR信号功能获得性突变体bes1-D对干旱敏感,表明BR信号通过BES1负调节干旱反应【3,4】。BES1和BZR1可以调节BR反应性靶基因的表达,其中包括AP2/ERF转录因子,表明AP2/ERF转录因子可能与BES1一起起作用以平衡BR调节的生长和应激反应【5】。AP2/ERF转录因子可以调节植物干旱反应和生长发育,但是AP2/ERF协调生长和应激反应的机制尚不明确。其中,TINY转录因子属于AP2/ERF家族转录因子的DREB A4亚家族,其可以抑制植物生长并在应激反应中发挥作用【6】,然而TINY介导这些反应的具体途径和机制仍不清楚。
近日,美国爱荷华州立大学尹延海教授实验室在ThePlant Cell在线发表了一篇题为The AP2/ERF Transcription Factor TINY Modulates Brassinosteroid-Regulated Plant Growth and Drought Responses in Arabidopsis的研究论文,在拟南芥中揭示了TINY转录因子参与BRs诱导的拟南芥生长和干旱响应的机制。
该研究发现,过表达TINY转录因子导致植株生长发育迟缓,并且对BR生物合成抑制剂BRZ(brassinazole)的敏感性增加,BR响应基因表达受到影响,而tiny tiny2 tiny3 三突变体增加了BR调节的生长和BR响应基因的表达,表明TINY通过负调节BR信号传导和BR响应基因表达来抑制植物生长。
TINY通过抑制BR途径负调节植物生长
BIN2是BR途径中的负调节因子,其磷酸化BES1和BZR1【7】。该研究发现TINY被BIN2磷酸化,增加了其稳定性, BRs可以通过抑制BIN2促进TINY降解。BIN2是ABA反应的正调节因子,TINY正调节ABA介导的气孔关闭,可以直接结合并激活干旱响应基因的表达,以正向调节干旱反应。
转录组分析显示,TINY在很大程度上以拮抗方式调节BR响应基因表达。TINY和BES1通过与其相应的靶位点结合而相互作用,并通过结合不同的启动子元件来拮抗彼此对BR诱导的生长相关基因的转录活性,并调节植物耐旱性。
TINY在BR调控的植物生长和干旱响应中的作用模型
总之,该研究表明BR信号通过BIN2磷酸化负调节TINY,而TINY可以正向调节干旱反应并通过TINY-BES1拮抗相互作用抑制BR介导的生长。该研究揭示了协调BR调节的生长和干旱响应的新机制。
参考文献
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/content/early//05/24/tpc.18.00918
尹延海,博士,美国爱荷华州立大学(Iowa State University)细胞生物学与遗传学院教授,国际知名植物遗传发育生物学专家,曾先后担任国际油菜大会组委会委员和联合会主席,先后被美国能源部、农业部、欧洲研究理事会等部门聘请为特邀嘉宾评论员。尹延海教授主要致力油菜素甾醇(BR)信号转导网络并使用多学科方法(遗传学、基因组学、生物化学等)研究BR和其他调控因子调控植物生长发育和胁迫响应的机制。曾在 Cell、PNAS、The Plant Cell、The EMBO Journal 、Plant Journal等顶级期刊上发表多篇有影响力的学术论文。