浙江大学刘建祥组揭示NFXL1调控高温下植物育性维持新机制

• 阅读： 2024/1/8 9:24:22

  以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

  随着全球工业进程的加快和温室效应的加剧，全球气候变化越来越异常，气温也在逐年升高。全球变暖所引起的极端高温直接影响植物的生长发育，对全球作物的产量和品质造成严重的负面影响，对可持续农业构成重大威胁。作为固着生长的生物，植物已经进化出各种策略以抵御环境条件的变化。大量研究表明，相较于营养生长，植物的生殖生长对于热胁迫更为敏感。然而，植物在生殖生长阶段适应热胁迫的具体机制还不是很清楚。

  JIPB近日在线发表了浙江大学生命科学学院刘建祥教授课题组题为“NFXL1 functions as a transcriptional activator required for thermotolerance at reproductive stage in Arabidopsis”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13604)。该研究发现，在热胁迫条件下，核因子X类似蛋白1 (NFXL1) 能够直接激活DREB家族的DREB2A基因的表达。已知DREB2A可直接通过与HSFA3启动子结合并激活HSFA3以及下游HSPs基因的表达来参与植物耐热性的调控。因此，该研究找到了拟南芥高温胁迫响应的DREB2A上游调控因子，并证明了转录因子NFXL1介导的转录调控对于植物高温胁迫下育性维持非常重要（图1）。

  图1. NFXL1在拟南芥生殖期耐热性的转录网络调控的工作模型

  拟南芥植株果荚长度与育性成正相关，研究发现，NFXL1在花中能够被热胁迫诱导上调，该过程受热激转录因子HSFA1a/1b/1c/1d控制。在正常条件 (22°C) 下，野生型 (WT) 与NFXL1突变体植株果荚长度无显著差别。而将处于生殖期的植株进行高温 (38°C) 处理后正常温度恢复，与野生型相比，NFXL1突变体植物对高温胁迫更加敏感，其果荚变短比例增多，育性降低。RNA-Seq分析表明，NFXL1影响了多个热胁迫响应基因的表达，包括DREB2A、HSFA3和HSP17.6等。有趣的是，NFXL1能够富集在DREB2A的启动子区域，而不是HSFA3或HSP17.6的启动子区域。进一步利用EMSA实验分析证实了NFXL1直接与DREB2A启动子的DNA片段结合。此外，Effector-Reporter实验表明，NFXL1能够激活DREB2A启动子。此外，相比野生型，DREB2A突变体在生殖期也对热胁迫更加敏感，遗传实验证明了DEREB2A在调控拟南芥生殖期耐热性方面对NFXL1是具有上位性。因此，热胁迫下HSFA1a/1b/1c/1d诱导上调NFXL1的表达。NFXL1作为转录激活子，直接激活DREB2A及其他下游基因的表达。HSFA3是DREB2A的直接靶标，在热胁迫下HSFA3直接调控HSP基因的表达。另外， HSFA1a/1b/1c/1d也可以直接调控DREB2A、HSFA2、HSPs等基因的表达，促进拟南芥耐热性。因此，该发现证明NFXL1是DREB2A上游的关键调控因子，参与高温下拟南芥生殖期育性的维持，进一步完善了高温下植物转录调控网络。

  浙江大学生命科学学院刘建祥教授课题组博士研究生祝巧云为论文第一作者，刘建祥教授为通讯作者，博士后张霖霖参与了本项目的研究。该项目得到国家自然科学基金等项目的资助。

  文章引用：

  Zhu, Q.-Y., Zhang, L.-L. and Liu, J.-X. (2023). NFXL1 functions as a transcriptional activator required for thermotolerance at reproductive stage in Arabidopsis. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13604.

  转自：“iPlants”微信公众号

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