香港中文大学揭示植物激素BR调控气孔发育的新机制

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PlantReports

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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：

2024-03-12

摘要：

近日，香港中文大学何军贤团队与河北师范大学汤文强团队在Plant Physiology在线发表了题为“Brassinosteroid regulates stomatal development in etiolated cotyledons via transcription factors BZR1 and BES1”的合作研究论文，报道了BR通过转录因子BZR1和BES1来调控气孔发育关键基因的转录，从而抑制黑暗条件下拟南芥子叶中气孔发育的新机制。该研究表明，BZR1或BES1的功能获得型突变体（bzr1-1D和bes1-D）的气孔指数（SI或SLI）明显减少，而功能缺失型突变体BES1-RNAi和bzr-h （BZR1家族基因的六突变体）的气孔指数,和其他BR缺失突变体一样，显著增加。另外，BZR1和BES1的功能获得型突变体bzr1-1D和bes1-D均能有效地抑制bri1-116和bin2-1的多气孔表型，表明BZR1/BES1在BR调控的气孔发育通路中，位于BRI1和BIN2的下游。BZR1/BES1是BR信号通路中的两个核心转录因子，控制着数千个BR响应基因的表达。为了获知它们是否直接调控气孔发育关键基因的转录，该研究从文献中挑选了24个与气孔发育有关的主要基因，利用RT-qPCR检测了这些基因的表达水平是否受BR信号的调节。结果表明，ERL1、MKK9、SPCH、FAMA和FLP的表达明显受BR调节。而这些基因中，只有气孔发育的抑制因子MKK9以及气孔分化成熟的正调节因子FAMA在bzr1-1D和bes1-D突变体中表现出与BR处理一致的变化：MKK9上调，FAMA下调。MKK9和FAMA的启动子均含有1个BRRE顺式元件，以及多个 E-box顺式元件。利用EMSA和ChIP-qPCR方法，作者发现BZR1/BES1能与MKK9和FAMA的启动子结合，且结合依赖于BRRE。基于原生质体瞬时表达体系的基因转录激活实验也证明了BZR1通过和MKK9及FAMA启动子上的BRRE结合，分别促进和抑制这两个基因的转录。利用在Col-0和bzr1-1D背景下创建的MKK9pro::GUS和FAMApro::GUS的转基因植物，该研究进一步证实BZR1/BES1能以BRRE依赖的形式，直接调节植物体内MKK9和FAMA的表达。综合上述结果以及其他的遗传、生化、分子和细胞学的证据，该研究揭示了BR通过BZR1和BES1调节气孔关键基因的表达、进而调控气孔发育的新机制，将BZR1和BES1整合到BR介导的气孔发育信号通路中，确定了MKK9和FAMA是BZR1和BES1控制气孔发育的直接靶标，从而更新了人们对BR调节气孔发育机理的认识。