近日，南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院滕年軍教授團隊分別在The Plant Journal和Plant, Cell and Environment發(fā)表了題為“LlbHLH87 interacts with LlSPT to modulate thermotolerance via activation of LlHSFA2 andLlEIN3in lily”和“An AP2/ERF member LlERF012 confers thermotolerance via activation of HSF pathway in lily”系列研究論文，揭示了bHLH類轉(zhuǎn)錄因子LlbHLH87和LlSPT互作拮抗調(diào)控百合耐熱性的新機制，以及AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子LlERF012協(xié)同熱激轉(zhuǎn)錄因子參與百合耐熱性建立的新機制。
百合（Liliumspp.）是百合科百合屬多年生球根植物，具有“三好百合”和“球根花卉之王”之美譽。其花朵碩大優(yōu)美、氣味芬芳，同時兼具食用和藥用價值，因此具有很高的經(jīng)濟價值。百合喜冷涼濕潤氣候，生長適宜溫度為22-28℃，通常環(huán)境溫度高于30℃會造成百合植株矮小、花蕾發(fā)育不良，進而降低百合品質(zhì)。因此，解析百合響應高溫的分子機制，應用分子生物技術培育耐熱百合栽培品種具有重要的理論和實踐意義。
bHLH轉(zhuǎn)錄因子是植物中較大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，它們在植物的生長發(fā)育、次生代謝和對生物/非生物脅迫的響應中發(fā)揮重要作用。然而，bHLH轉(zhuǎn)錄因子在植物耐熱性方面的報道較少，多數(shù)成員在高溫響應途徑中的功能還未知。本研究中在百合中鑒定出一個受高溫顯著誘導表達的bHLH家族成員LlbHLH87，證明了其在百合的耐熱性建立中發(fā)揮重要作用。LlbHLH87受瞬時高溫脅迫即迅速誘導表達，其編碼蛋白定位于細胞核中，在酵母和植物細胞中均表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄激活活性。在擬南芥中過表達LlbHLH87增強了基礎耐熱性，而在百合中沉默LlbHLH87則降低了基礎耐熱性。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，LlbHLH87在百合中過表達可顯著激活關鍵的熱激轉(zhuǎn)錄因子HSF調(diào)控途徑；進一步分析顯示，LlbHLH87與LlHSFA2和ETHYLENE-INSENSITIVE 3（LlEIN3）的啟動子結(jié)合，直接激活它們的表達。此外，LlbHLH87與自身以及SPATULA（LlSPT）蛋白相互作用。LlSPT在長時間的高溫脅迫條件下被激活表達，其蛋白競爭LlbHLH87的同源互作，降低了LlbHLH87對靶基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。與單獨過表達LlbHLH87相比，共表達LlbHLH87和LlSPT降低了百合瞬時強烈高溫的耐受性，但提高了其對長時溫和高溫處理的熱敏感性。這些結(jié)果表明，LlbHLH87通過激活LlEIN3和LlHSFA2來調(diào)節(jié)耐熱性，同時LlSPT與其互作發(fā)揮拮抗作用，從而調(diào)控植物對于不同環(huán)境高溫條件的適應。
LlbHLH87與LlSPT互作激活和平衡熱激反應提高百合熱適應性
熱激轉(zhuǎn)錄因子（HSFs）是植物響應熱脅迫（HS）的核心因子，但其調(diào)控網(wǎng)絡復雜，尤其是關于HSFBs的調(diào)控網(wǎng)絡尚不清楚。首先，團隊以LlHSFB1為研究對象，發(fā)現(xiàn)其正調(diào)控百合耐熱性。通過克隆LlHSFB1啟動子，并進行酵母單雜交篩選實驗鑒定得到熱誘導的AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子LlERF012。通過酵母單雜交、雙熒光素酶效應子-報告子分析、EMSA證實LlERF012結(jié)合LlHSFB1啟動子中的DRE并激活其表達。過表達LlERF012提高擬南芥和百合的耐熱性，但沉默LlERF012則降低百合的耐熱性。進一步分析表明，LlERF012與LlHSFA1相互作用，從而增強了LlERF012的轉(zhuǎn)錄激活活性和DNA結(jié)合能力。此外，LlERF012通過結(jié)合DRE直接激活了A類HSFs（LlHSFA1、LlHSFA2、LlHSFA3A和LlHSFA3B）的表達，而LlERF012與LlHSFA1的相互作用增強了這些激活效應。綜上，LlERF012是百合耐熱調(diào)控網(wǎng)絡中的關鍵因子，LlERF012與LlHSFA1的相互作用協(xié)同調(diào)控了包括A類和B熱激轉(zhuǎn)錄因子，為AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子介導不同的HSFs在植物耐熱性中的功能提供了新的證據(jù)。
熱脅迫條件下LlERF012調(diào)控百合耐熱性的工作模型
南京農(nóng)業(yè)大學百合科研團隊吳澤副教授是The Plant Journal論文的第一作者，滕年軍教授為通訊作者，團隊成員博士生李婷、丁利平、向均和方倩倩，以及碩士生龔雪、章茵藝和余俊朋參與了該研究，北京市農(nóng)林科學院梁佳惠博士提供了重要幫助。本研究受到國家自然科學基金項目、中央高?；究蒲袠I(yè)務費和江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護項目的資金支持。
南京農(nóng)業(yè)大學百合科研團隊博士生李婷、吳澤副教授是Plant, Cell and Environment論文的共同第一作者，滕年軍教授為通訊作者，團隊成員鐘山青年研究員徐素娟博士，博士生向均和丁利平，以及碩士生章茵藝參與了該研究。本研究得到了江蘇省高校優(yōu)勢學科項目、江蘇省種業(yè)振興“JBGS”項目、江蘇省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護項目和江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系資金的支持。
滕年軍教授團隊主要從事百合生物育種與栽培、百合生殖發(fā)育與耐熱性分子調(diào)控機制等方面的研究與應用工作。近幾年，團隊還在New Phytologist、Plant Physiology、Journal of Experimental Botany、Horticulture Research、MolecularHorticulture等期刊上發(fā)表多篇相關研究論文，培育了一批已產(chǎn)業(yè)化的百合新品種，在南京市棲霞區(qū)八卦洲建有120多畝的百合研究與中試基地，以及在全國多地合作建成了10余個百合推廣示范基地（示范點）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.17060
原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15058