在全球气候变暖的大环境下，植物正面临前所未有的高温挑战。这不仅威胁到农作物的产量和品质，也促使植物启动热形态发生(thermomorphogenesis)机制，通过调整其形态特征来适应环境变化。热形态发生是一个复杂的分子调控过程，涉及激素网络和转录因子的协调作用，尤其是热休克因子A1(HSFA1)家族。在这一过程中，HSFA1a作为关键的转录因子，与热休克蛋白70(HSP70)和热休克蛋白90(HSP90)相互作用，但其具体的调控机制尚未完全阐明。HSP70-HSP90组织蛋白(HSP70-HSP90 organizing protein, HOP)是一种分子伴侣，能够同时与HSP70和HSP90结合，促进 “客户蛋白 (client protein)” 从HSP70转移到HSP90。尽管HOP家族成员在植物热耐受性中的作用已被广泛研究，但其在热形态发生中的具体作用尚需进一步探索。
近日，西班牙植物生物技术和基因组中心M. Mar Castellano团队在Plant, Cell & Environment发表了题为“HOP stabilizes the HSFA1a and plays a main role in the onset of thermomorphogenesis”的研究论文，旨在探讨HOP在HSFA1a稳定性和热形态发生转录反应中的关键作用，揭示植物如何通过分子层面的调控机制来响应和适应温度变化。
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研究团队利用免疫共沉淀、双分子荧光互补(BiFC)、Western Blot等实验，证明了HOP蛋白家族成员与HSFA1a的相互作用，并在热形态发生过程中发挥着重要作用。研究发现，在拟南芥三重突变体(hop1hop2hop3)中，HSFA1a的积累水平显著降低。此外，通过使用蛋白酶体抑制剂MG132和合成分子伴侣牛磺酸(TUDCA)处理，研究者发现HSFA1a的积累水平在三重突变体中得以恢复，这表明HOP可能通过影响HSFA1a的蛋白折叠和稳定性来发挥作用(图1)。研究还发现，在较高温度下，HOP突变体中多个HSFA1a响应基因的表达发生改变，表明HOP在热形态发生过程中通过调节HSFA1a依赖的基因表达发挥关键作用(图2)。
图1 HOPs参与HSFA1a的折叠和稳定
图2 较高温度下，HOPs对HSFA1a响应基因的调节
图3 高温条件下，HOPs和HSP90在HSFA1a依赖性应答激活中的作用模型
本研究首次揭示了HOP蛋白家族成员在植物体内通过直接与HSFA1a转录因子相互作用，促进其蛋白折叠和稳定性，进而在热形态发生过程中发挥至关重要的调控作用。为理解植物适应环境温度变化的分子机制提供了新的视角，也为培育耐热作物品种提供了重要的分子靶点。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15036
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