The Plant Cell| 热休克转录因子的多样化扩大了早期植物进化过程中的热应激反应

随着物种的进化，在祖先种中简单的基因调控机制会变得越来越复杂。热休克转录因子（HSFs）是热响应的核心调节因子，参与真核生物的蛋白质生物合成和折叠以及相应的代谢过程。除了这些基础功能外，植物HSFs可能通过被子植物的基因复制和随后的突变获得了更广泛的功能，比如参与生长调节和生物胁迫响应过程。陆生植物包含多个HSF基因（如拟南芥中有21个HSF基因），这些基因的突变体具有多种表型，反映了HSFs参与多种生物过程。根据结构域的不同，可以将HSFs分为三个家族：HSFA、B和C。HSFA亚类的成员作为热胁迫（HS）响应的主要转录激活子。拟南芥HSFA1的遗传消减导致热敏表型受损和基因表达的改变。然而，HSFB家族成员以HSFA的共同激活者和抑制者来发挥功能。HS诱导某些代谢物的积累，作为抵抗高温的保护剂。更具体地说，HS改变了糖酵解、磷酸戊糖途径、TCA循环以及淀粉和氨基酸生物合成途径的核心代谢流。然而，对HS条件下代谢基因的表达和代谢物的积累以及HSFs的参与还有待深入了解。

2022年7月18日，新加坡国立大学研究团队在The Plant Cell上发表了题为“Diversification of heat shock transcription factors expanded thermal stress responses during early plant evolution”的研究论文，通过对地钱中的热休克转录因子MpHSFA1和MpHSFB1的功能研究，作者探讨了热响应的基因调控网络（GRNs）如何在地钱和拟南芥中拓宽其功能（图1）。对热诱导的转录组和HSFs的进化率进行了种间比较，证明了HSFB在陆地化之前的出现和随后的快速进化（图2）。HSF-null地钱突变体的转录组和代谢组分析显示，MpHSFA1控制着典型的热反应，如耐热性和代谢变化。MpHSFB1在热反应中也起着至关重要的作用，同时也调节着发育过程，包括分生组织的分枝和花药的形成（图3）。顺式调控元件的分析表明，与发育和胁迫有关的TFs直接或间接地在HSFB的下游发挥作用。地钱植物的雄性配子体比雌性配子体表现出更高的耐温性，这可以用性染色体上MpHSFA1U和MpHSFA1V的不同表达水平来解释。最后，作者提出，HSF的多样化与热胁迫响应的扩展有关，它使陆地植物协调多种反应。

转自：植物生物技术Pbj

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