Plant Cell：两个相互作用的乙烯响应因子调节植物的热胁迫响应

来源：BioArt植物

温度影响植物的生长、发育以及地理分布。在过去的200年间，人类活动使大气中温室气体的含量增加，导致全球变暖，预计气温将比工业化前的水平高约0.8°C ~1.2°C。全球变暖的危害之一就是会降低农作物的产量【1,2】。因此，解析植物应对高温胁迫的分子机制对于未来提高农业生产总量，保证粮食安全至关重要。

乙烯作为一种植物内源激素，参与调控从种子萌发到组织衰老的许多生理和发育过程【3】。除了调节植物的生长发育外，乙烯还参与了对各种胁迫的反应，包括热胁迫【4-6】。然而，乙烯参与热胁迫响应的分子机制还不清楚。

近期，美国Salk研究所Joanne Chory团队在The Plant Cell发表了题为Two Interacting Ethylene Response Factors Regulate Heat Stress Response的研究论文，揭示了两个相互作用的乙烯响应因子（ETHYLENE RESPONSE FACTOR，ERF）参与调控植物基础耐热性的分子机制。

在研究中，作者首先以乙烯信号通路中多个调控因子的突变体为材料，检测了它们的基础热耐受表型。结果显示，ein2-5和ein3 eil1的存活率低于Col-0，而ctr1-1突变体或EIN3ox的存活率远高于Col-0，表明乙烯信号通路正调控拟南芥的基础热耐受。已有的研究表明，过表达ERF基因可以提高植物对各种生物或非生物胁迫的耐受性【7】。作者也发现，p35S:ERF95转基因株系耐热性增强。通过IP-MS分析发现，ERF95可以与ERF97形成异源二聚体，且突变体erfq对热处理更敏感。

作者进一步通过分析p35S:ERF95/ein3 eil1和p35S:ERF97/ein3 eil1的表型发现，ERF95/97在EIN3的下游发挥作用，调控拟南芥的基础耐热性。RNA-seq分析表明，热处理后，ERF95/97共同调控的1150个基因差异表达，其中包括HSFA2。对hsfa2突变体的表型分析发现，hsfa2幼苗对热处理更敏感。通过ChIP-seq和EMSA实验证明，ERF95/97通过GCC-box结合HSFA2的启动子来调控其表达。

ERF95和ERF97在植物热胁迫响应中的作用模型图

总之，该研究发现了两个相互作用的乙烯响应因子，ERF95和ERF97。EIN3-ERF95/97-HSFA2级联模块参与调控植物的基础耐热性。在未来的农业生产中，ERF95 和ERF97或可用于作物的耐热性改良，以降低热胁迫对作物产量造成的损失。

参考文献

1. Lobell, D.B., Schlenker, W., and Costa-Roberts, J. (2011). Climate trends and global crop production since 1980. Science 333: 616–620.

2. Zhao, C. et al. (2017). Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114: 9326–9331.

3.Johnson, P.R. and Ecker, J.R. (1998). The ethylene gas signal transduction pathway: A molecular perspective. Annu. Rev. Genet. 32: 227–254.

4. Wang, F., Cui, X., Sun, Y., and Dong, C.-H. (2013). Ethylene signaling and regulation in plant growth and stress responses. Plant Cell Rep. 32: 1099–1109.

5.Müller, M. and Munné-Bosch, S. (2015). Ethylene response factors: a key regulatory hub in hormone and stress signaling. Plant Physiol. 169: 32–41.

6.Tao, J.-J., Chen, H.-W., Ma, B., Zhang, W.-K., Chen, S.-Y., and Zhang, J.-S. (2015). The role of ethylene in plants under salinity stress. Front. Plant Sci. 6.

7. Wang, H., Wang, H., Shao, H., and Tang, X. (2016). Recent advances in utilizing transcription factors to improve plant abiotic stress tolerance by transgenic technology. Front. Plant Sci. 7: 67.