【EMBO J】NIBS何新建组揭示植物抑制逆境应答基因转录的蛋白复合体

2023年8月11日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院何新建实验室在EMBO Journal杂志在线发表了题为“WRKY transcription factors and OBERON histone-binding proteins form complexes to balance plant growth and stress tolerance”的研究论文。该研究发现拟南芥IId类WRKY转录因子与结合组蛋白的OBERON(OBE)家族蛋白特异互作形成蛋白复合体，并揭示了OBE蛋白参与WRKY靶向特异性及转录抑制功能调控的分子机制。

该研究通过蛋白免疫亲和纯化结合质谱分析， 发现拟南芥中的IId类WRKY转录因子能够与OBE家族蛋白互作形成一类新的植物特异的蛋白复合体，该研究将这类复合体命名为WRKY-OBE复合体。进一步研究发现，IId类WRKY转录因子的N-端区域包含一段高等植物中保守的coiled-coil（CC）结构域，该结构域负责与OBE蛋白的结合。两个OBE蛋白之间能够互作形成二聚体，并分别结合一个WRKY蛋白，从而形成一个包含两个OBE蛋白和两个WRKY蛋白的四亚基WRKY-OBE复合体(图1)。另外，OBE家族蛋白OBE1的PHD结构域能够特异性识别组蛋白H3K4me2/3修饰，同时OBE1能够通过与OBE2互作增强其对组蛋白的结合能力，揭示了组蛋白参与WRKY-OBE复合体转录调控功能的可能分子机制。

利用体外凝胶阻滞迁移电泳、双荧光素酶报告系统及染色质免疫沉淀实验发现，IId类WRKY转录因子通过其CC结构域结合OBE蛋白，将OBE蛋白招募到具有W-box基序的靶基因上，从而介导基因的转录抑制(图1)。另外，截去CC结构域的WRKY转录因子不仅能够靶向野生型WRKY的靶基因还能靶向大量其他基因，对靶基因结合的特异性显著降低。这些研究揭示了OBE家族蛋白对实现WRKY-OBE复合体转录抑制功能以及靶基因选择特异性的重要作用。

通过综合运用基因编辑和遗传杂交方法获得了多个不同组合的wrky和obe突变体，发现其中wrky7/11/17/21/39纯合wrky15杂合(wrky-qm/15+/-)的突变体与obe1/2和obe3/4突变体具有相似的生长缺陷表型，主要表现为植物根系发育以及真叶维管组织建立异常，揭示了WRKY-OBE复合体是植物正常生长发育所必需。通过RNA-seq和ChIP-seq联合分析发现，WRKY和OBE蛋白共同抑制大量逆境应答基因的表达。在wrky-qm和obe1/3突变体中，一系列经典的逆境应答基因(包括DREB1A、DREB1B、DREB1C、DREB2A、Rd29A和Rd29B等)的表达显著增加。干旱处理发现，wrky-qm和obe1/3突变体对干旱胁迫的耐受性显著增强(图2)。同时发现，在长时干旱处理条件下，多个WRKY和OBE基因的表达显著降低，揭示了植物在干旱条件下维持逆境应答基因持续表达的新机制(图2)。

何新建课题组的博士生杜平和王琪为该论文的共同第一作者，何新建研究员为通讯作者。其余作者包括袁丹阳、陈姗姗、苏银娜、李琳和陈涉研究员。该研究在北京生命科学研究所完成，得到了科技部、国家自然科学基金委和北京市政府的资助。

https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2023113639

转自：“iPlants”微信公众号

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