New Phytologist | 浙江大学刘建祥研究团队揭示一种新的竞争-抑制减弱机制调节植物在温暖环境下的热响应生长

全球气候变暖已经是人类不得不面对的环境问题，对植物的生长发育也有着深刻的影响，提高植物的热适应能力将是科学家与育种家们必须考虑的问题。植物已经进化出生物钟系统预测外部环境变化并及时调整自己的生长发育来应对，生物钟相关基因如何微调植物的温度反应生长仍知之甚少。

近日，浙江大学生命科学学院刘建祥教授研究团队在New Phytologist期刊在线发表了题为“A competition-attenuation mechanism modulates thermoresponsive growth at warm temperatures in plants”的研究论文，该论文揭示了转录抑制子RVE5(REVEILLE5)在温暖环境下通过与更强的转录抑制子CCA1(CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1)竞争顺式元件来微调ELF4( EARLY FLOWERING 4)表达，从而调节下胚轴生长。

课题组前期在分析拟南芥热胁迫的转录组数据中发现RVE5在高温下上调表达，为了进一步研究RVE5是否参与温度调控的生长发育，作者对T-DNA插入的rve5-2突变体进行研究，发现22℃正常环境下突变体生长正常，但在温暖的29℃环境下，突变体下胚轴显著伸长，回补实验也证实了RVE5在拟南芥热形态建成中的重要作用。在光照与黑暗条件处理下，作者发现RVE5在热形态建成中的作用是依赖光照的，RVE5是热形态建成的负调控因子，在温暖环境下控制下胚轴的生长是必不可少的。作者进一步研究RVE5与已知的热形态建成调节因子PIF4之间的关系，发现PIF4对RVE5具有上位性（图1），表明RVE5在热形态建成信号通路中，处于PIF4的上游。

为了更深入的研究RVE5调控热形态建成的分子机制，作者利用生化分析与染色质免疫共沉淀测序(CHIP-seq)，发现了385个可能的靶基因。这些靶基因中夜间顺式元件(cis-elements Evening Element ，EE)与G-box显著富集，并且与已知生物钟相关基因CCA1有175个重叠的靶位点，表明RVE5与CCA1有众多共同的直接靶标。为了验证上述结果，作者利用CHIP-qPCR进行验证，发现温暖环境增强了RVE5与生物钟基因ELF5，PRR5和PRR7(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR )启动子的结合（图2）。为了研究RVE5如何调控生物钟基因的表达，作者在22℃与29℃环境下的多个时间点对野生型与rve5-2突变体进行RT-qPCR检测，发现温暖环境下，RVE5控制了ELF5等生物钟相关基因的表达

既然EE顺式元件在潜在的靶基因中显著富集，作者想知道RVE5是否通过EE顺式元件调控ELF4等生物钟基因的表达。通过EMSA实验与LexA报告系统，作者发现RVE5与ELF4启动子可以特异性结合，相比于CCA1，RVE5具有更高的DNA结合能力，但其转录抑制活性弱于CCA1。

进一步研究发现，在rve5-2突变体中，CCA1在含有EE顺式元件的ELF4的启动子区域富集更显著。通过昼夜不同时间点的CHIP-PCR，作者发现RVA5与CCA1在夜间竞争性结合ELF4启动子来调节ELF4及其下游靶标PIF4的表达（图3）。由于拟南芥生物钟与下胚轴生长受到多个冗余的基因调控，作者对CCA1的冗余基因LHY进行分析发现，RVE5在热形态建成中的作用部分依赖于CCA1和LHY，并且RVE5的同源基因RVE7在温暖环境下也冗余地作用于CCA1。

Acknowledgements浙江大学生命科学学院刘建祥教授为论文通讯作者，李伟为论文第一作者。该研究得到了浙江省人才计划(2019R52005)、浙江省高校基础研究基金(2021XZZX023)和国家自然科学基金的资助。

原文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18442

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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