2月14日，The Plant Cell在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巫永睿研究組題為ABA-induced Phosphorylation of basic Leucine Zipper 29, ABSCISIC ACID INSENSITIVE 19 and Opaque2 by SnRK2.2 Enhances Gene Transactivation for Endosperm Filling in Maize的研究論文。該團(tuán)隊(duì)去年發(fā)現(xiàn)了第一個調(diào)控玉米灌漿起始的核心轉(zhuǎn)錄因子ZmABI19（Yang, et al., Plant Cell, 2021）。在此基礎(chǔ)上，研究人員發(fā)現(xiàn)了調(diào)控該過程的第二個關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子ZmbZIP29，并闡明了ABA信號對玉米胚乳灌漿的生物學(xué)功能。

 

　　在ZmABI19的工作中，他們發(fā)現(xiàn)ZmABI19直接調(diào)控胚乳灌漿核心轉(zhuǎn)錄因子O2，以及其他多個胚乳特異表達(dá)的灌漿調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子（Pbf1, ZmbZIP22, O11, NAC130等），胚乳基底轉(zhuǎn)運(yùn)層定位的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因SWEET4c。另外，ZmABI19還直接調(diào)控胚發(fā)育與盾片儲藏物質(zhì)合成的核心轉(zhuǎn)錄因子Vp1以及多個植物激素相關(guān)因子。以上研究表明ZmABI19是協(xié)同籽粒早期發(fā)育與灌漿起始的核心轉(zhuǎn)錄因子。然而，灌漿起始調(diào)控還有哪些因子參與以及受到哪些信號調(diào)控還很不清楚。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)灌漿起始時，胚乳中ABA激素含量迅速上升。體外培養(yǎng)野生型胚乳時，適量ABA會促進(jìn)O2表達(dá)。同時他們發(fā)現(xiàn)，ABA也可增強(qiáng)ZmABI19對O2的轉(zhuǎn)錄激活。然而，當(dāng)把zmabi19突變體胚乳用ABA處理后，發(fā)現(xiàn)O2仍然可以響應(yīng)ABA信號，說明除了ZmABI19，還存在其他能響應(yīng)ABA信號的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控O2表達(dá)。前期研究發(fā)現(xiàn)O2啟動子起始密碼子上游400-500 bp為O2轉(zhuǎn)錄活性的關(guān)鍵區(qū)域。在該區(qū)域中除了ZmABI19識別的兩個RY元件外，存在一個響應(yīng)ABA信號的ABRE元件。ABRE元件可被bZIP家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。玉米基因組有128個bZIP轉(zhuǎn)錄因子，其中83個bZIP轉(zhuǎn)錄因子可在種子中表達(dá)。通過公共數(shù)據(jù)庫中的RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行共表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)只有ZmbZIP29的表達(dá)模式與ZmABI19高度一致，因此該轉(zhuǎn)錄因子被選為候選研究對象。

 

　　通過一系列分子與生化實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)了ZmbZIP29可識別并激活O2表達(dá)。ZmbZIP29與ZmABI19蛋白互作并協(xié)同增強(qiáng)O2表達(dá)。ABA可進(jìn)一步增強(qiáng)其協(xié)同激活能力，說明ZmbZIP29和ZmABI19均是響應(yīng)ABA信號的胚乳灌漿起始重要轉(zhuǎn)錄因子。類似zmabi19突變體，ZmbZIP29突變后O2表達(dá)水平以及儲藏蛋白含量明顯下降。相比zmbzip29和zmabi19突變體，zmbzip29;zmabi19雙突變體籽粒缺陷更為嚴(yán)重，蛋白含量下降更多。此外，在胚乳灌漿期過表達(dá)ZmbZIP29和ZmABI19可增加籽粒蛋白含量和百粒重。

 

　　那么，ABA是如何增強(qiáng)ZmbZIP29和ZmABI19的轉(zhuǎn)錄激活能力的呢？研究人員發(fā)現(xiàn)蛋白激酶SnRK2.2可以與這兩個轉(zhuǎn)錄因子互作，ABA能通過SnRK2.2對ZmbZIP29和ZmABI19進(jìn)行磷酸化，進(jìn)而增強(qiáng)了它們的轉(zhuǎn)錄激活能力，同時他們發(fā)現(xiàn)ABA也可以誘導(dǎo)SnRK2.2磷酸化O2轉(zhuǎn)錄因子本身，從而促進(jìn)O2對自身以及下游基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。通過液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，研究人員發(fā)現(xiàn)ZmbZIP29的T75、ZmABI19的T57和O2的T387受到了SnRK2.2的磷酸化修飾。

 

　　該研究闡明了ABA信號促進(jìn)籽粒灌漿的分子機(jī)理，即通過SnRK2.2磷酸化兩個關(guān)鍵灌漿起始因子ZmbZIP29和ZmABI19以及灌漿核心調(diào)控因子O2，啟動和促進(jìn)灌漿進(jìn)程。

 

　　相關(guān)研究工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。