拟南芥ARF与AuxRE重复序列的高亲和力结合调控生长素响应基因表达学术资讯

来源：植物科学最前沿

生长素是一种植物生长发育的核心调控激素。生长素响应因子(auxin response factor, ARF)是植物体内调控生长素相关基因表达的转录因子，它通过与生长素应答元件(AuxRE)特异性结合影响生长素响应基因的表达。大多数ARF具有三个保守的蛋白结构域,分别是位于蛋白N端的B3 DNA结合结构域(DBD)、C端的PB1结构域和一个影响转录调节活性的中间区域。

早期对大豆生长素应答基因启动子的研究发现，六核苷酸基序5'-TGTCTC-3'可以作为AuxRE。而在拟南芥中ARF1、ARF3和ARF5对5'-TGTCGG-3'的倾向性更高。除了motif的碱基序列以外，AuxREs的重复及其位置关系对生长素响应也具有影响。目前，ARF如何识别多种AuxRE，ARF对不同的AuxRE有怎样的偏好性，具有协同作用的DNA motif是如何组成，这些问题仍有待解决。

近日，PNAS在线发表了题为“Architecture of DNA elements mediating ARF transcription factor binding and auxin-responsive gene expression in Arabidopsis”的研究论文，探讨了ARF-DNA相互作用特异性的生化基础，阐明了ARF-DBD与高亲和力AuxRE之间的相互作用模式，也发现反向AuxREs重复序列在体内基因调控中的关键作用。荷兰瓦赫宁根大学Dolf Weijers教授为该论文通讯作者。

为了研究六核苷酸基序5'-TGTCNN-3'与ARF-DNA结合的机制，作者首先将拟南芥ARF1（AtARF1-DBD）的DBD与7 bp间隔的带有高亲和力TGTCGG六核苷酸的反向重复序列的双链寡核苷酸复合，对ARF1-DBD与TGTCGG复合物进行高分辨率结构解析。并发现当与TGTCGG结合时，His136进入凹槽，从而增加了疏水表面与DNA碱基的相互作用，能让H136-G137与任一鸟嘌呤的辅助氢键结合，进而提高了结合亲和力。

然后，作者以拟南芥IAA11（IR8）和TMO5（IR7）启动子中AuxRE重复序列为研究对象，发现与野生型（WT）启动子驱动的信号相比，如果单个AuxRE发生突变，启动子驱动的基因表达将减少50％以上，说明了重复序列之间协同作用的重要性。这一结果也支持了ARF二聚体与重复序列的高亲和力结合调控基因活性的模型。

转录组的综合分析进一步表明，全基因组范围内AuxRE的反向重复（IR）和正向重复（DR）与生长素应答强烈关联，其中，DR5与基因激活显著相关，IR8与基因激活和抑制相关。

来源：frontiersin 植物科学最前沿

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