JIPB | 浙江大学农学院陶增团队揭示拟南芥一对核因子NF-YB2/YB3正调控JA信号通路和灰霉病抗性的分子机制

文摘   科学   2024-07-09 14:51   北京  

在植物中,核因子NF-Y类转录因子,通常由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基构成,特异性识别并结合CCAAT 基序调控基因转录。拟南芥中三个亚基都有多种成员,NF-Y可以有多种组合类型,调控植物多种生理过程,在植物生长发育、花期转换、抗旱性、抗植物病毒等方面发挥功能。然而,NF-Y在植物免疫反应中的功能仍待阐述。其中,死体营养型真菌灰霉病菌 (Botrytis cinerea) 给农业生产带来极大危害,并且成为植物-病原菌互作的模式真菌。

茉莉酸 (JA) 是一种重要的植物激素,在调控植物生长发育、响应非生物胁迫,以及应对机械损伤、植物免疫中都具有重要作用。JA信号通路被激活时,活性物质茉莉酸-异亮氨酸 (JA-Ile) 会与受体COI1结合并使其构象发生改变,结合JA通路的主要抑制子JAZ蛋白并通过26S蛋白酶体途径使其降解,使JAZ结合并抑制的正调控因子如MYC2等解除抑制,从而促进下游基因表达,激活JA防卫反应。然而,JA诱导下JA响应基因的转录如何解除抑制,进一步激活表达,其分子机制仍不清楚。

近日,JIPB在线发表了浙江大学农学院陶增课题组题为“A pair of nuclear factor Y transcription factors act as positive regulators in jasmonate signaling and disease resistance in Arabidopsis”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13732),研究发现核因子NF-YB2/YB3通过调控茉莉酸 (JA) 响应基因的转录,正调控JA信号通路和对灰霉病的抗性。

该研究通过筛选发现NF-YB2/YB3双突变体对灰霉病菌表现敏感,而过表达植株具有较高的抗性,表明NF-YB2/YB3正调控对灰霉病的抗性。通过接菌前后RNA-seq分析,在双突变体中众多JA响应基因如MYC2PDF1.2bLOX2PAP1MYB113等在接菌后不能正常诱导表达,同时接菌处理后突变体的JA含量显著下降。通过ChIP-seq实验发现, NF-YB2/YB3能够直接结合到一部分JA响应基因的启动子上 (图1)。

图1. NF-YB2/YB3直接结合部分JA响应基因的启动子

进一步发现,NF-YB2可以与组蛋白去甲基化酶REF6互作。在JA处理下,NF-YB2招募REF6促使下游靶基因位点的组蛋白H3K27me3水平降低,激活JA响应基因表达。同时,NF-YB2/YB3与部分JAZ蛋白互作,并且负调控JAZ蛋白的丰度,从而部分解除JAZ蛋白对JA响应基因的转录抑制。最后,通过遗传实验, 在双突变体中超量表达MYC2PDF1.2b,致使突变体对灰霉病的敏感性、根长和花青素含量等均得到一定程度的恢复,表明了NF-YB2/YB3正调控JA信号通路和抗性依赖于JA响应基因的表达 (图2)

图2. 过表达MYC2PDF1.2b部分恢复双突变体的表型,以及NF-YB2/YB3调控JA信号通路和抗病性的工作模型
综上,该研究发现NF-YB2/YB3可以直接结合到JA响应基因上,正调控对灰霉病菌的抗性与JA响应。在正常条件下,NF-YB2/YB3保持较低水平表达,避免抗病基因和JA响应基因过度表达;应对灰霉菌侵染时,NF-YB2/YB3招募组蛋白去甲基化酶REF6降低JA响应基因位点的H3K27me3水平,同时与JAZs蛋白互作并促进其降解,减弱JAZ蛋白对JA响应基因的转录抑制,从而激活基因表达。总之,该研究阐明了NF-YB2/YB3正调控灰霉病菌抗病性与JA响应的分子机制,为植物免疫理论提供新的见解。
浙江大学农业与生物技术学院博士生林楚宇为该论文的第一作者,浙江大学陶增研究员为该论文的通讯作者,浙江省农业科学院林福呈教授和浙江大学梁岩教授为本研究提供指导和帮助。该研究获得国家自然科学基因,浙江省农业新品种选育科技专项和国家级青年人才计划等项目的资助。

文章引用:

Lin, C., Lan, C., Li, X., Xie, W., Lin, F., Liang, Y., and Tao, Z. (2024). A pair of NUCLEAR FACTOR Y transcription factors act as positive regulators in jasmonate signaling and disease resistance in Arabidopsis. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13732
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