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植物如何实现自我救赎?研究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。

来源:花匠小妙招 时间:2024-11-20 13:58

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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