近日（9.10），国际竹藤中心高志明老师团队在PC&E上发表题为“A Bamboo HD‐Zip Transcription Factor PeHDZ72 Conferred Drought Tolerance by Promoting Sugar and Water Transport”的文章。
该文章探讨了毛竹（Phyllostachys edulis）中的一个HD-Zip转录因子PeHDZ72在干旱胁迫下的作用机制。研究发现，PeHDZ72在竹秧和根部高表达，并在干旱条件下受到诱导。通过DAP-seq技术，研究者识别了三个与PeHDZ72相关的下游基因：PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3，这些基因的表达均在干旱胁迫下被增强。
通过Y1H、DLR和GUS活性检测，作者表明PeHDZ72能够结合这些基因的启动子区域。过表达PeHDZ72的转基因水稻表现出更强的抗旱能力，体现在可溶性糖和蔗糖含量的显著提高，同时相关的运输基因（如OsSTP、OsSWEET和OsTIP）的表达也显著上调。这些结果揭示了PeHDZ72在干旱胁迫下通过激活下游基因，从而增强细胞渗透势的机制，为毛竹在干旱环境中的应答机制提供了新的见解。
主要结果
PeHDZ72的表征与表达分析
研究者首先通过邻接法构建了一个系统发育树，比较了PeHDZ72在七个物种中的全长氨基酸序列，得到了PeHDZ72在竹类植物中的进化位置 [3A]。通过实时定量PCR（qPCR）分析，发现PeHDZ72在毛竹的叶子、茎、根、芽鞘等不同组织中的相对表达水平明显不同，且在干旱胁迫下，其表达水平显著提升 。
为了进一步验证PeHDZ72的亚细胞定位，研究者利用植物细胞的共聚焦显微镜观察，结果显示PeHDZ72定位于细胞核内。此外，GUS（β-葡萄糖苷酸酶）组织化学检测法表明，当pPeHDZ72::GUS转基因水稻幼苗受到干旱处理时，GUS活性也随着时间有所变化，进一步支持了PeHDZ72在干旱胁迫反应中的重要性。
总的来说，PeHDZ72在不同组织中的表达模式及其在干旱条件下的诱导表明，该转录因子可能在毛竹的抗旱机制中扮演重要角色，为后续的功能研究奠定了基础。
过表达PeHDZ72使转基因水稻具有抗旱性
研究表明过表达的PeHDZ72转录因子显著增强了转基因水稻的抗旱能力。该研究首先指出，PeHDZ72在毛竹（Phyllostachys edulis）中对干旱胁迫的响应十分重要，其表达在干旱条件下被诱导增加。
通过一系列实验，研究者发现PeHDZ72的过表达导致转基因水稻中可溶性糖和蔗糖含量显著上升，这表明植物在面临干旱时积极调节代谢以提高抗逆能力。同时，相关的运输基因（如OsSTP、OsSWEET和OsTIP）的表达也得到了上调，进一步支持了PeHDZ72在调节植物对干旱胁迫反应过程中的关键作用。
实验结果通过测定水稻在干旱条件下的生长表现和生理参数，验证了过表达PeHDZ72对于提高细胞的渗透势和增强干旱耐受性的重要性。这项研究为理解PeHDZ72在抗旱机制中的功能提供了新证据，也为培育抗旱能力强的转基因水稻奠定了基础。
基因组范围内通过DAP-seq识别PeHDZ72结合的靶标
研究者采用了一种高通量的DNA结合蛋白鉴定技术——DAP-seq，以识别PeHDZ72的结合靶标。实验结果显示，PeHDZ72在基因组中共识别到20,616个高信心的结合峰，这些结合峰主要集中在基因的启动子区域、5’非翻译区（UTR）、3’非翻译区、外显子、内含子及下游区 [5A, 5B]。
进一步的分析揭示，PeHDZ72结合位点的潜在DNA结合基序与多种转录因子相关，这些结合位点在调控植物对干旱胁迫的反应中具有重要意义。通过基因本体（GO）分析，研究者发现PeHDZ72的靶基因主要与膜运输和碳水化合物运输相关，其中包括多个已知的干旱应答基因，如PeSTP（单糖转运蛋白）、PeSWEET和Pe-SUT（蔗糖转运蛋白）[4]。
特别是，分析显示在干旱胁迫条件下，四个基因（PeSTP_02911、PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeSWEET_11354）的表达均受到诱导，其中PeSTP_46019和PeSWEET_23178的表达水平在干旱处理后显著提高，而PeTIP4-3也被确认是干旱胁迫应答中的关键基因。结合峰的定位分析明确了PeHDZ72在这些基因启动子区域的显著结合，从而为理解PeHDZ72在干旱胁迫下的功能提供了新的线索。
PeHDZ72 通过直接结合其启动子促进了糖和水运输基因的表达
PeHDZ72被确定为一个转录因子，能够激活多个与糖和水运输相关的基因，包括PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3。在研究过程中，研究者通过酵母单杂交试验（Y1H）验证了PeHDZ72与这些基因启动子的直接相互作用，结果表明PeHDZ72能够结合到这三个基因的启动子上，从而启动其表达。
进一步的实验采用了双荧光素酶（DLR）和GUS（β-glucuronidase）活性检测，结果显示在烟草叶片中共同表达PeHDZ72和各个基因的启动子驱动的报告基因时，荧光素酶活性以及GUS活性显著提高，这进一步支持了PeHDZ72作为这些基因的转录激活因子的角色 [4B-4M]。这些基因的表达都在干旱胁迫下受到诱导，表明PeHDZ72在应对干旱胁迫的过程中，通过激活与糖和水运输相关的基因，增强了植物的抗逆能力。
综上所述，研究结果表明PeHDZ72通过直接结合PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3等基因的启动子，促进这些基因的表达，从而增强了植物在干旱条件下的生理适应能力。
PeHDZ72结合下游基因启动子的HD-基序
PeHDZ72被确认能够特异性地结合到多个下游基因的启动子中的HD-基序（HD-motif）。具体来说，PeHDZ72结合的基因包括PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3，这些基因与糖和水的运输密切相关 [1]。
通过酵母单杂交试验（Y1H），研究者验证了PeHDZ72与这三种基因启动子中的HD-基序之间的物理相互作用。同时，双荧光素酶实验（DLR）结果显示，PeHDZ72能够有效激活这些基因启动子的转录活性。当在烟草叶片中共同表达PeHDZ72和这些基因的HD-基序驱动的萤光素酶报告基因时，观察到了显著的荧光素酶活性。此外，电泳迁移率改变试验（EMSA）进一步确认了PeHDZ72与PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3启动子中的HD-基序的结合能力。
这些结果表明，PeHDZ72通过直接结合下游基因启动子中的HD-基序，调控这些与干旱应答相关的基因的表达，从而促进植物在干旱条件下的适应能力。总的来说，这一发现为理解PeHDZ72在干旱胁迫下的生物学功能及其调控机制提供了重要的依据。
PeHDZ72通过促进水和糖运输基因的表达来应对干旱胁迫
在研究中发现，PeHDZ72作为一种同源域-亮氨酸拉链（HD-Zip）转录因子，能够在干旱胁迫下调节与水分和糖类运输相关基因的表达。在干旱条件下，PeHDZ72的表达显著上升，从而促进了下游目标基因PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3的转录活性。这些基因在干旱胁迫下被诱导表达，具有良好的干旱应答特性。
通过一系列实验，如酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶实验（DLR）及GUS活性检测，研究表明PeHDZ72能够直接结合到这些基因启动子中的HD-基序，激活它们的转录。此外，PeHDZ72在转基因稻米中的过表达显著增强了植物对干旱的耐受性，提高了可溶性糖和蔗糖的含量，同时也上调了与糖和水分运输相关的基因表达。
综上所述，PeHDZ72通过在干旱胁迫下促进糖和水运输基因的表达，增强了植物的抗逆能力，为应对干旱环境提供了分子基础。这进一步凸显了PeHDZ72在竹类植物应对干旱胁迫中的重要作用。
方法：水稻中基因过表达及生理参数测量
在本研究中，通过对PeHDZ72的过表达在转基因稻米（rice）中的效果进行了详细分析，观察其对植物在干旱胁迫下的耐受性及生理参数的影响。
转基因稻米的表现：研究显示，在干旱应激条件下（10% PEG-6000处理14天），过表达PeHDZ72的转基因稻米（PeHDZ72_OE1和PeHDZ72_OE2）表现出明显优于野生型（WT）的生长性能，包括生长高度和叶片表现。
（1）光合作用和气体交换：在正常和干旱条件下，量测了转基因植株与野生型的净光合速率及胞间CO2浓度。结果显示，转基因植株在干旱状态下依然保持较高的光合效率 [5D-E]。
（2）叶绿素荧光参数：通过叶绿素荧光测定，评估了转基因植株和野生型在干旱条件下的光合反应效率，结果表明转基因植物的光合有效性更高，表明其在干旱胁迫下能够有效维护光合作用 [5F-H]。
（3）抗逆相关生理指标：研究还测定了转基因稻米的溶解脯氨酸（proline）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量，结果显示转基因植物在干旱处理下具有更高的脯氨酸和抗氧化酶活性，且MDA含量较低，提示其氧化压力响应能力优越 [5I-L]。
综合来看，PeHDZ72的过表达显著提升了稻米在干旱条件下的耐受性，通过保持光合作用效率和调节相关生理参数，有助于提高植物抵御干旱的能力。这些结果表明PeHDZ72在提升稻米干旱耐受性方面的重要作用。
讨论与总结
在对PeHDZ72的功能进行深入讨论时，研究结果表明，该转录因子在干旱胁迫条件下扮演着重要的角色。PeHDZ72属于同源域-亮氨酸拉链（HD-Zip）转录因子家族，其在竹类植物（如毛竹）中的表达受干旱影响显著增加，且在竹子的嫩枝和根部表现出高水平的表达 [1][3]。这一发现提示PeHDZ72可能参与调控植物对干旱的生理应答。
研究中进一步通过DNA结合蛋白质测序（DAP-seq）技术识别了PeHDZ72与多个下游基因的结合，这些基因主要涉及糖类运输和水分调控，如PeSTP_46019、PeSWEET_23178和PeTIP4-3，这些基因在干旱情况下均表现出显著的诱导表达。通过多种实验方法（如酵母单杂交、双荧光素酶报告实验和电泳迁移率改变实验等），证实了PeHDZ72可以直接与这些基因的启动子区域中的HD-基序结合，从而调控它们的转录。
此外，过表达PeHDZ72的转基因稻米在干旱条件下显著提高了耐旱能力，表现在可溶性糖和蔗糖含量的明显增加。这些结果表明，PeHDZ72在调节植物对干旱胁迫的适应过程中，通过促进与水分和糖类运输相关基因的表达，提高了植物的细胞渗透势，以应对干旱。
综上所述，PeHDZ72作为一个重要的转录因子，可能通过调控下游基因来介导植物对干旱的反应与适应。这一研究为理解竹类植物在干旱条件下的生物学适应机制提供了新的线索，也为改善作物抗旱性提供了潜在的基因靶点。
文献来源：
Chenglei Zhu; Zeming Lin; Yan Liu; Hui Li; Xiaolin Di; Tiankuo Li; Jiangfei Wang; Zhimin Gao A Bamboo HD‐Zip Transcription Factor PeHDZ72 Conferred Drought Tolerance by Promoting Sugar and Water Transport. Plant Cell & Environment 2024, pce.15105, doi:10.1111/pce.15105.
