中国农业大学杨淑华/施怡婷团队通过ChIP-seq揭示CBF转录因子的全基因组结合位点

低温胁迫是影响植物生长发育及作物产量重要的环境胁迫因子。植物在长期的环境适应过程中进化出过冷驯化/冷锻炼 (cold acclimation)等多种策略来提高对低温胁迫的耐受能力。冷驯化是指将植物置于不致死低温环境会增强植物的抗冻能力，转录因子CBFs/DREB1s在这一过程中发挥着至关重要的作用。拟南芥CBFs家族有3个成员参与冷驯化，分别是：CBF1、CBF2和CBF3。低温来临时，CBFs转录水平被迅速诱导，从而激活下游冷响应COR (cold-regulated or cold-responsive) 基因的表达，其中一些COR基因编码的蛋白参与合成不饱和脂肪酸、渗透调节物质、以及活性氧清除系统组分等，从而提高植物的抗冷能力。鉴于CBFs在冷驯化过程中的关键作用，科学家围绕CBFs开展了大量的研究工作，并在CBFs转录和翻译水平的调控机制取得可喜的研究进展 (Ding et al., 2020; Liu et al., 2018)。然而，由于种种原因，CBFs在全基因组范围内的直接下游靶基因一直未能确定。本研究对完善CBF分子调控网络具有重要意义，并有助于全面理解CBF转录因子在低温应答以及其他生理过程中的的调控作用。

JIPB近日在线发表了中国农业大学杨淑华/施怡婷教授团队题为 “The direct targets of CBFs: in cold stress response and beyond” （https://doi.org/10.1111/jipb.13161）的研究论文。该研究得益于作者创制了CBF1、CBF2和CBF3特异的内源抗体，使用这些内源抗体进行了全基因组ChIP-seq分析，共鉴定到1012个CBF1/2/3共同的直接结合位点，证实了CBF1/2/3能够识别结合CRT/DRE基序 (G/ACCGAC)。结合野生型与cbf1,2,3三突变体的RNA-seq分析，共鉴定到146个由CBF1/2/3直接调控的冷响应COR基因。此外，该研究还发现CBFs可以结合在钙信号、光信号、昼夜节律、激素信号、以及次级代谢相关的基因的启动子区，暗示CBF不仅调控植物低温应答，还参与多种外界环境和内源激素等生物学过程。

CBF1、CBF2和CBF3的全基因组ChIP-seq分析

杨淑华/施怡婷课题组一直致力于植物低温胁迫的信号转导通路的研究，鉴定了多个CBF信号通路上游关键组分，揭示了植物激素与光信号调控植物抗冻性的分子机制 (Jiang et al., 2020; Jiang et al., 2017; Shi et al., 2018; Shi et al., 2012)。本研究通过在全基因组范围CBF的ChIP-seq分析，揭示了植物CBF转录因子对下游靶基因的分子调控作用，为全面理解CBF的功能奠定了理论基础，为提高植物/作物抗冻能力提供了丰富的基因资源。博士生宋悦为论文的第一作者、张晓燕博士和博士生李岷泽为共同第一作者，施怡婷教授为通讯作者。博士生杨浩、傅迪毅、吕健博士和丁杨林副教授也参与了该工作。本研究得到了中国农业大学巩志忠教授的大力支持以及国家自然科学基金的资助。

参考文献

Ding, Y.L., Shi, Y.T., and Yang, S.H. (2020). Molecular regulation of plant responses to environmental temperatures. Mol. Plant 13: 544-564.

Jiang, B.C., Shi, Y.T., Peng, Y., Jia, Y.X., Yan, Y., Dong, X.J., Li, H., Dong, J., Li, J.G., Gong, Z.Z., Thomashow, M.F., and Yang, S.H. (2020). Cold-induced CBF-PIF3 interaction enhances freezing tolerance by stabilizing the phyB thermosensor in Arabidopsis. Mol. Plant 13: 894-906.

Jiang, B.C., Shi, Y.T., Zhang, X.Y., Xin, X.Y., Qi, L.J., Guo, H.W., Li, J.G., and Yang, S.H. (2017). PIF3 is a negative regulator of the CBF pathway and freezing tolerance in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114: E6695-E6702.

Liu, J.Y., Shi, Y.T., and Yang, S.H. (2018). Insights into the regulation of C-repeat binding factors in plant cold signaling. J. Integr. Plant Biol. 60: 780-795.

Shi, Y., Ding, Y., and Yang, S. (2018). Molecular regulation of CBF signaling in cold acclimation. Trends Plant Sci. 23: 623-637.

Shi, Y., Tian, S., Hou, L., Huang, X., Zhang, X., Guo, H., and Yang, S. (2012). Ethylene signaling negatively regulates freezing tolerance by repressing expression of CBF and type-A ARR genes in Arabidopsis. Plant Cell 24: 2578-2595.