近日，西北農(nóng)林科技大學園藝學院蘋果抗逆與品質(zhì)改良創(chuàng)新團隊馬鋒旺教授/毛柯副研究員課題組在Plant Physiology 在線發(fā)表了題為“MdbHLH160 is stabilized via reduced MdBT2-mediated degradation to promote MdSOD1  and MdDREB2A-like  expression for apple drought tolerance”的研究論文，揭示了干旱下ABA信號通過促進MdbHLH160蛋白穩(wěn)定性激活其介導的Md SOD1 和Md DREB2A-like 的表達，從而正調(diào)節(jié)蘋果耐旱性的分子機理。

 

　　課題組首先從蘋果中鑒定出一個顯著響應干旱和ABA的bHLH轉(zhuǎn)錄因子MdbHLH160，并通過轉(zhuǎn)基因植株中的功能鑒定證明其正調(diào)節(jié)耐旱性。通過互作蛋白篩選，發(fā)現(xiàn)MdbHLH160能與超氧化物歧化酶MdSOD1發(fā)生蛋白互作。亞細胞定位分析發(fā)現(xiàn)MdbHLH160作為核定位蛋白，其共表達能顯著促使MdSOD1蛋白入核，從而抑制脅迫下核內(nèi)ROS的過量積累。進一步通過體外和體內(nèi)酶活性分析實驗發(fā)現(xiàn)，MdbHLH160能通過互作增強MdSOD1蛋白的酶活性，從而促進干旱下植株中過量ROS的清除，緩解氧化脅迫損傷。另外，對干旱下的轉(zhuǎn)基因材料進行表達分析，發(fā)現(xiàn)MdbHLH160顯著促進 MdSOD1 和DREB（dehydration-responsive element binding factor）家族基因 MdDREB2A-like 的表達。啟動子結(jié)合鑒定及轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析實驗證明MdbHLH160作為轉(zhuǎn)錄因子能直接結(jié)合兩個基因的啟動子并激活它們的轉(zhuǎn)錄，從而正調(diào)節(jié)蘋果植株的耐旱性。

 

　　前人研究表明，植物在干旱下會積累ABA，且ABA信號是植物響應干旱脅迫的關(guān)鍵通路之一。課題組發(fā)現(xiàn)MdbHLH160除了基因表達受干旱和ABA誘導外，其蛋白穩(wěn)定性在干旱和ABA處理下也顯著提高。通過互作蛋白篩選，發(fā)現(xiàn)MdBT2也能夠與MdbHLH160互作。目前，已有研究表明MdBT2蛋白能作為E3泛素酶復合體成員參與介導靶蛋白的泛素化降解，且該蛋白的功能受干旱和ABA的抑制。基于此，課題組分析了MdBT2對MdbHLH160蛋白在不同處理下的蛋白穩(wěn)定性和泛素化水平的影響，發(fā)現(xiàn)MdBT2顯著促進MdbHLH160蛋白的泛素化和降解，且該過程受到干旱和ABA處理的抑制。進一步的雙轉(zhuǎn)基因愈傷中的功能鑒定和煙草葉片中的轉(zhuǎn)錄激活實驗表明，MdBT2在一定程度上抑制了MdbHLH160介導的耐旱性以及對下游靶基因的轉(zhuǎn)錄激活作用。

 

　　基于以上結(jié)果，該研究提出了干旱下MdbHLH160參與ABA介導的耐旱性調(diào)控的潛在工作模型（見上圖）。當蘋果植株處于干旱脅迫下，ABA積累且ABA信號被激活。ABA信號一方面通過促進 MdbHLH160 的基因表達促進其蛋白積累。另一方面，ABA信號會抑制 MdBT2 的表達和蛋白穩(wěn)定性，從而抑制其介導的MdbHLH160蛋白的泛素化降解。隨后，積累的MdbHLH160蛋白結(jié)合靶基因 MdSOD1 和 MdDREB2A-like 的啟動子并促進它們的表達，從而增強植株耐旱性。另外，MdbHLH160還能通過與MdSOD1互作促進其酶活性以及在細胞核中的積累，從而緩解干旱下的核內(nèi)氧化脅迫損傷。綜上，該研究提出了蘋果響應干旱脅迫的ABA-MdBT2-MdbHLH160- MdSOD1/MdDREB2A-like 級聯(lián)通路。

 

　　西北農(nóng)林科技大學作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點實驗室/園藝學院馬鋒旺教授為本文通訊作者，毛柯副研究員和博士后楊潔為本文第一作者。本研究得到國家自然科學基金、陜西省科技重大專項、陜西省自然科學基礎研究計劃和國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金的資助。研究還得到西北農(nóng)林科技大學園藝學院實驗平臺在實驗技術(shù)上的支持。