江苏师范大学甘薯生物学团队揭示转录因子IbNAC3调控盐旱复合胁迫应答的分子机制

目前植物响应单一胁迫的研究已取得显著进展，然而自然生长的植物往往受到复合胁迫 (combined stresses)而不是单一胁迫的影响，单一胁迫不能真实反映植物所处的田间环境，因此一些在实验室培育的高抗转基因作物在田间试验时却未能表现出抗性增强。研究证实植物对复合胁迫的分子、生理和代谢响应是独特且复杂的，但目前植物响应复合胁迫的分子机制依然知之甚少。因此，探究植物响应复合胁迫的机理，对阐明植物抵御复合胁迫的调控网络及培育耐受复合胁迫的作物具有重要指导意义。

近日，江苏师范大学甘薯生物学团队朱明库副教授和李宗芸教授课题组在植物学权威期刊Plant Physiology上发表了题为“The unique sweet potato NAC transcription factor IbNAC3 modulates combined salt and drought stresses”的研究论文，报道了甘薯中独特的IbNAC3转录因子通过整合多个调控途径参与盐和干旱复合胁迫应答。

该研究发现胁迫响应的甘薯IbNAC3转录因子具有NAC蛋白尚未报道过的独特转录激活域，其N端的MKD序列（长9个氨基酸）能赋予多个其他转录因子激活活性。IbNAC3异源表达增强了拟南芥盐、旱及盐旱复合胁迫耐受性。利用IP-MS、Y2H、LCI等实验证实IbNAC3能与五个NAC成员：NAP、ANAC083、ANAC100、ANAC072及ANAC011相互作用，且IbNAC3不同或相似的区域分别负责与上述蛋白互作。有趣的是，IbNAC3抑制了这5个蛋白间的互作关系。ANAC011和ANAC072的CRISPR/Cas9敲除或突变显著降低了盐、旱及盐旱复合胁迫耐受性，但ANAC100的突变对胁迫耐受性影响不大。

另外，通过ChIP-seq、Y1H、EMSA及DLR等实验发现IbNAC3能激活胁迫相关的AtCHX25 (Cation/H+ exchanger), MREL57 (Ubiquitin E3 ligase)及AtRH33 (DEAD-box RNA helicase)等基因启动子的转录活性，且IbNAC3-ANAC072与IbNAC3-NAP模块增强了MREL57启动子的转录活性。另外，缺失MKD序列的IbNAC3降低或丢失了对下游靶基因启动子的激活能力。相应地，MREL57基因的突变以及其靶蛋白WDL7 (WAVE-DAM-PENED2-LIKE7)的过表达均显著降低了盐旱复合胁迫耐受性，但AtRH33的突变对胁迫耐受性影响不大。后续EMSA及DLR等实验研究发现，IbNAC3能直接促进ABA信号负调控因子ERA1 (enhanced response to aba 1)的表达，从而减弱转基因植株对ABA的敏感性。

综上所述，独特的IbNAC3转录因子能够整合多个调控网络，并通过依赖于ABA的信号途径参与盐和干旱复合胁迫应答，因此IbNAC3有望用于培育适应自然环境的高抗植物。

IbNAC3在调控盐旱复合胁迫应答中的功能与分子机制

江苏师范大学生命科学学院孟小庆博士为论文的第一作者，博士研究生刘思媛为共同第一作者，朱明库副教授和李宗芸教授为共同通讯作者，江苏徐州甘薯研究中心马代夫研究员及王欣研究员，中国农业大学何俊娜副教授，四川农业大学龙田丹博士，江苏师范大学董婷婷副教授等参与了本项研究。本研究主要得到了国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系（甘薯）、江苏省高校优势学科等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac508

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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