Trihelix转录因子ASR3和AITF1协同调控植物先天免疫的分子机制

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植物在长期的生长发育过程中不断受到病原菌的威胁,PTI和ETI是植物与病原菌长期斗争进化过程中产生的两大类植物免疫信号通路。在免疫反应中免疫基因的表达调控占据重要地位,而转录因子在调控免疫基因表达过程中具有关键作用,但是调控免疫基因表达的分子机理还未充分解析。前期研究发现拟南芥Trihelix家族SH4分支转录因子ASR3负调控植物PTI免疫相关基因的表达,为进一步解析ASR3调控免疫基因表达的分子机理,筛选到该家族另一转录因子AITF1与其互作。本论文以拟南芥转录因子AITF1和ASR3为研究对象,解析它们异源二聚体的形成及其生物学意义,发现了ASR3和AITF1能够引起植物自我免疫表型并鉴定了其直接调控的免疫相关基因。通过体内和体外多种蛋白质互作实验证明ASR3和AITF1是互作的,并发现ASR3的N端、C端和AITF1的C端参与二者的互作,flg22诱导的ASR3磷酸化不影响其与AITF1互作,并且ASR3和AITF1形成异源二聚体与二者的同源二聚体可同时存在。构建了AITF1的基因编辑敲除突变体,突变体对病原细菌Pst DC3000和Pst DC3000 hrc C的抗性增强,而aitf1 asr3双突变体可以抑制单突变体的表型,说明AITF1引起的免疫增强依赖于ASR3。进一步研究发现低水平的超量表达AITF1转基因植物也可以提高植物对病原细菌的抗病性并且显著增强flg22对植物生长的抑制作用。在野生型拟南芥中高水平表达AITF1能够诱导植物产生植株矮小、叶片皱缩且黄化,叶片有大量活性氧物质积累并伴随细胞死亡,以及抗病基因显著上调表达,呈现类似自我免疫的表型。同时发现超量表达AITF1诱导植物产生的自我免疫部分依赖于其转录活性区域,而完全依赖于其DNA结合能力,并且asr3-1突变体可以抑制超量表达AITF1诱导的自我免疫表型。进一步研究发现超量表达ASR3可以诱导拟南芥产生严重的自我免疫表型,叶片皱缩严重出现坏死斑并伴随有活性氧物质积累和细胞死亡,而且也依赖于其DNA结合区间,即Trihelix DNA binding结构域,ASR3转录抑制结构域EAR motif突变体仍能引起植物产自我免疫表型,并且在aitf1-1突变体中超量表达ASR3同样诱导植物产生自我免疫。说明超量表达ASR3诱导植物产生的自我免疫不依赖于AITF1。转录组分析超量表达ASR3和AITF1转基因植物中和野生型差异表达的基因,发现超量表达ASR3和AITF1诱导防御相关基因、胁迫相关基因、先天免疫相关和系统获得抗性相关基因上调表达,暗示二者的超量表达可以引起植物抗病免疫相关基因的上调,从而导致自我免疫表型。为进一步探究超量表达ASR3和AITF1诱导自我免疫反应依赖的信号途径,在eds1-22、ndr1、sid2-5、sag101-2、sag101-2 pad4-1和helperless突变体中超量表达ASR3或AITF1,发现eds1-22和helperless突变体能够抑制超量表达ASR3和AITF1诱导的自我免疫。结合转录组数据筛选潜在参与ASR3和AITF1自我免疫表型的TNL基因,发现saa1突变体可以抑制超量表达ASR3诱导的叶片活性氧物质积累、细胞死亡和免疫相关基因表达等自我免疫表型,说明ASR3和AITF1可能通过诱导SAA1上调表达引起植物自我免疫表型。为了探究ASR3是否直接调控SAA1免疫基因,通过染色质免疫共沉淀测序技术分析超量表达ASR3转基因植物,发现ASR3在SAA1基因启动子区域具有明显结合峰。进一步通过蛋白质与DNA互作实验和SAA1启动子活性检测证明,ASR3和AITF1相互独立的通过GT-box序列特异性结合SAA1启动子,且ASR3和AITF1都可以通过GT-box序列激活SAA1启动子并诱导该基因的表达。深入研究发现SAA1基因是受flg22和丁香假单胞菌诱导表达,呈先上升后下降的趋势,表明SAA1基因可能作为TNL基因参与调控植物对病原细菌的抗病性。综合以上结果,拟南芥Trihelix转录因子ASR3和AITF1协同调控植物的抗病性和基础免疫,并且AITF1和ASR3通过GT-box基序特异性结合SAA1启动子,激活SAA1基因的表达,ASR3作用于AITF1下游通过调控SAA1基因参与调控ETI免疫反应。
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