学校资源植物与环境工程创新团队在The Plant Cell发表论文

    2020-12-16 11:16:03 来源:农学院          浏览数:0

  近日,青岛农业大学资源植物与环境工程创新团队成员、农学院孔英珍教授及其合作者揭示了植物精细调控细胞壁果胶质甲酯化修饰程度的新机制。相关研究内容『ERF4 and MYB52 transcription factors play antagonistic roles in regulating homogalacturonan de-methylesterification in Arabidopsis seed coat mucilage》于12月14日在线发表在《The Plant Cell》(中科院分区:1区,期刊影响因子:8.631)上。

  果胶质是植物细胞壁的主要成分之一。果胶质在高尔基体合成时,其半乳糖醛酸残基(GalA)是高度甲酯化的状态。当甲酯化的果胶被分泌到胞外后,在果胶甲酯酶(PME)和果胶甲酯酶抑制剂(PMEI)的共同作用下进行去甲酯化过程。果胶质的甲酯化程度会影响细胞壁的流变特性,进而与植物生长发育和抗逆、抗病等过程密切相关。因此,果胶质去甲酯化过程受到植物精确的时空调节。目前虽然已经有多个参与果胶质修饰的转录因子或酶被鉴定出来,然而植物如何精准调控果胶质甲酯化修饰程度进而调节生长发育过程以对内外部环境做出响应的机制尚不清楚。

  AP2/ERF基因超家族的成员ERF4是一个转录抑制因子,参与植物茎节伸长、抗病和衰老等过程,但其是否参与植物细胞壁的合成与修饰尚未有报道。本研究发现ERF4在发育早期的种子表皮细胞中高表达,并且与参与果胶质甲酯化修饰的基因如MYB52、STK、SBT1.7等共表达,暗示其可能具有相似的功能。

  通过一系列对erf4突变体种子粘液质的生化、分子和遗传学分析,该研究揭示了ERF4通过抑制PMEI和SBT1.7基因的表达,促进果胶质去甲酯化。孔英珍课题组曾鉴定到一个MYB转录因子MYB52负向调控果胶质去甲酯化过程(Shi et al., 2018)。由于PMEI14和SBT1.7等基因受到ERF4和MYB52共同但是作用相反的调控,作者进一步探索ERF4和MYB52转录因子的关系。酵母双杂交、Co-IP、BiFC、EMSA和转录激活等实验证据表明,ERF4和MYB52转录因子通过其DNA结合结构域AP2/ERF和MYB domain互作,通过互相抑制彼此的DNA结合能力,相互拮抗的调控下游基因的表达。

  总之,该研究揭示了ERF4和MYB52转录因子复合体在植物精细调控细胞壁果胶质甲酯化修饰程度中的重要角色,探究了其与已经发表的调控果胶质甲酯化修饰的转录因子之间的关系并提出了相应的分子调控模型:PMEI13和PMEI15主要受到ERF4的转录抑制调控,同时MYB52通过拮抗ERF4的DNA结合能力间接促进PMEI13和PMEI15的表达;相反,PMEI6主要受到MYB52的转录激活调控,但同时又受到ERF4间接的的转录负调控;PMEI14和SBT1.7则同时受到二者相反作用的调控。erf4 myb52双突变体的果胶质表现为野生型表型,进一步说明ERF4和MYB52的拮抗作用是一种植物精细调控果胶质甲酯化修饰程度的分子机制。

  图1 ERF4与MYB52互相拮抗调控果胶质的去甲酯化过程

  青岛农业大学资源植物与环境工程创新团队成员、农学院孔英珍教授为通讯作者,中国农业科学院烟草研究所丁安明博士和中国科学院青岛能源与过程研究所唐贤丰博士为该论文的共同第一作者,乐动体育热门赛事a|主页|欢迎您王萌博士和资源与环境学院周功克教授也参与了该研究。相关研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程、山东省一流草业学科项目、山东省泰山学者等项目资助。孔英珍课题组长期致力于植物细胞壁多糖合成与调控相关的研究,迄今为止,与其合作者已经系统鉴定了参与果胶质甲酯化合成的GATL基因(Kong et al., Plant Physiology 2011; 2013);参与半纤维素合成的XUT1、MUR3、CSLD2、IRX7、IRX14、MUR2等基因(Kong et al., Plant Cell 2012;Kong et al., Plant Physiology 2015;Yu et al., Plant Physiology 2014;Hu et al., Journal of Experimental Botany 2016; Hu et al., Plant Molecular Biology 2016;Shi et al., Plant Molecular Biology 2017); 调控果胶质甲酯化修饰过程的转录因子BLH2/4(Xu et al., Plant Physiology 2020)和MYB52 (Shi et al., Plant Physiology 2018);调控纤维素合成的HDG2转录因子(Kong et al., Plant Physiology 2020)。

  原文链接:

  https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koaa031/6033668

责任编辑:刘宁