西班牙PBTG中心揭示CBF3调控植物响应冷胁迫分子机制

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来源：

MPlant植物科学

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-10-31

摘要：

近日，Plant Communications在线发表了西班牙植物生物技术和基因中心Miguel A. Moreno-Risueno和Pablo Perez-Garcia团队题为“THE COLD-INDUCED FACTOR CBF3 MEDIATES ROOT STEM CELL ACTIVITY, REGENERATION AND DEVELOPMENTAL RESPONSES TO COLD”的研究论文。该研究发现冷诱导转录因子CBF3具有移动性，可从根内皮层移动到静止中心，并与SHR形成反馈环路调控WOX5的表达，从而调节根的发育和再生以适应环境温度变化；揭示了低温下，CBF3调节根干细胞活性和根发育的分子机制。植物的生长发育与干细胞生态位（SCN）的规范和再生密切相关。CBFs（C-repeat binding factors）是植物适应寒冷的关键调控因子；当植物暴露在寒冷环境中时，CBF1-3的表达可在几分钟内瞬间上调，并负责激活植物适应寒冷的早期步骤。CBF1-3的功能缺乏，直接影响了植物抵抗寒冷的能力。然而，当植物暴露在寒冷条件下时，CBF是如何影响发育程序并调控干细胞的，尚不清楚。根干细胞位于静止中心 (QC) 周围的SCN分生组织中，以保持其干细胞活性。该研究发现，CBF3在根内皮层（endodermis）中受到转录因子SHR的调控，表达被上调，从而影响根系统结构（RSA）。有意思的是，CBF3蛋白具有移动性，可从内皮层进入QC并反过来调控并维持SHR的表达水平，从而影响根的发育；表明了CBF3对SHR的正反馈调控。通过比较野生型 CBF3 基因和移动性降低的CBF3 融合体（CBF3-3X mCherry）对 cbf3突变体的互补实验，该研究发现CBF3的移动能力是根SCN模式形成和调节根生长发育所必需的。WOX5是参与维持QC功能和活性的关键因子；和预想的一致，WOX5的表达在cbf3突变体中被显著下调了；表明CBF3可调节并维持 QC 中的 SHR 水平以激活WOX5 ，从而维持QC模式并调控根损伤后的QC重建。进一步研究发现，寒冷会通过诱导CBF3来影响 QC 活性。10-12℃左右的中度寒冷会诱导SCN主要调控因子SHR和WOX5的表达，从而促进QC模式的规范。此外，在恢复期间，中度寒冷可促进根系再生和QC的重新规范。这些调控都需要以CBF3依赖性的方式进行。相比之下，CBF3 似乎并不调节干细胞的存活。总而言之，该研究通过遗传学和共聚焦显微成像追踪了根关键转录因子SHR、WOX5基因表达和CBF3的关联，发现CBF3蛋白具有移动性，可从根内皮层移动到QC，并形成维持 SHR 表达的反馈环路；从而调节根发育、干细胞活性和损伤后再生。中度寒冷通过诱导CBF3 ，可促进QC模式的规范和根系再生；揭示了CBF3通过调节根干细胞活性和根发育响应冷胁迫的分子机制。