水稻转录因子 bHLH25：感知 H2O2 ，开启植物抗病新通路

在植物抗病机制研究中，转录因子如何直接感知 H2O2尚不明晰。四川农业大学研究人员开展了水稻转录因子 bHLH25 的相关研究，发现其可感知 H2O2 ，激活两条抗病通路，这为植物抗病研究提供了新方向。

　　在植物的奇妙世界里，它们时刻面临着病原体的威胁，就像一场永不停歇的战争。而氢气 peroxide（H₂O₂）作为植物体内重要的信号分子，在应对病原体入侵时扮演着关键角色，它参与调节众多生物过程，包括植物的先天免疫反应。然而，长期以来，科学家们一直困惑于一个问题：在真核生物中，转录因子究竟是如何直接感知 H₂O₂ ，进而调控免疫反应的呢？这个谜题就像一层神秘的面纱，笼罩着植物抗病机制的研究领域。为了揭开这层面纱，深入了解植物的抗病奥秘，四川农业大学的研究人员展开了一项极具意义的研究。

经过一系列深入的研究，研究人员发现了水稻基本 / 螺旋 - 环 - 螺旋转录因子 bHLH25 的独特功能。bHLH25 能够直接感知 H₂O₂ ，并通过激活两条独立的防御通路，赋予水稻对多种真菌和细菌引起的疾病的抗性。这一发现不仅为植物抗病机制的研究开辟了新的方向，也为培育更具抗病性的农作物品种提供了理论依据，对农业生产有着重要的潜在应用价值。该研究成果发表在《Cell Research》上。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。在基因功能验证方面，利用 CRISPR/Cas9 技术构建基因敲除（KO）和过表达植株；通过 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达谱变化；运用酵母单杂交筛选与目的基因启动子结合的转录因子；采用电泳迁移率变动分析（EMSA）、染色质免疫沉淀耦合定量 PCR（ChIP-qPCR）等技术研究蛋白质与 DNA 的相互作用。

下面来详细看看研究结果。

• H₂O₂促进免疫与木质素合成的关系：研究人员用外源 H₂O₂处理水稻植株，发现 H₂O₂能促进水稻对稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的抗性。通过转录组分析和基因本体分析，发现 H₂O₂处理上调的基因涉及多个生物过程，其中与细胞壁生物合成相关的基因受到显著诱导。进一步研究发现，H₂O₂可通过诱导 OsLAC7/28/29 的表达，促进木质素合成，增强水稻的抗病性。敲除 OsLAC7/28/29 会降低水稻的抗病性和木质素含量，而过表达则会增加木质素含量和抗病性。
• OsLAC7/28/29 的调控机制：研究发现，OsLAC7/28/29 的表达受到 miR397b 的调控。miR397b 能靶向 OsLAC7/28/29 的 mRNA，抑制其表达。H₂O₂可通过抑制 miR397b 的表达，间接上调 OsLAC7/28/29 的表达。敲除 miR397b 会增加 OsLAC7/28/29 的表达，增强水稻的抗病性；而过表达 miR397b 则会降低 OsLAC7/28/29 的表达，减弱水稻的抗病性。
• bHLH25 对 miR397b 及抗病性的影响：通过酵母单杂交筛选，研究人员鉴定出 bHLH25 转录因子能与 miR397b 的启动子结合，抑制 miR397b 的表达。过表达 bHLH25 会降低 miR397b 的表达，增加 OsLAC7/28/29 的表达，促进木质素合成，增强水稻的抗病性；敲除 bHLH25 则会产生相反的效果。这表明 bHLH25 通过抑制 miR397b 的表达，增强了水稻的木质素合成和抗病性。
• bHLH25 对 CPS2 及抗病性的影响：bHLH25 过表达植株在没有病原体攻击时也表现出细胞死亡表型，研究人员推测其可能调控其他防御通路。进一步研究发现，bHLH25 能与 CPS2 的启动子结合，促进 CPS2 的表达。CPS2 参与植物抗毒素（phytoalexin）的合成，过表达 CPS2 会增加植物抗毒素的含量，增强水稻的抗病性；敲除 CPS2 则会降低植物抗毒素的含量，减弱水稻的抗病性。这说明 bHLH25 通过促进 CPS2 介导的植物抗毒素合成，增强了水稻的抗病性。
• bHLH25 的氧化修饰及功能变化：质谱分析表明，bHLH25 能被 H₂O₂直接氧化，氧化发生在蛋氨酸残基上。氧化的 bHLH25 更倾向于结合 miR397b 的启动子，抑制 miR397b 的表达；而非氧化的 bHLH25 则更倾向于结合 CPS2 的启动子，促进 CPS2 的表达。在病原体感染过程中，H₂O₂的产生先于 miR397b 的抑制和 OsLAC7/28/29 的诱导，随后 CPS2 的表达增加，植物抗毒素积累。
• bHLH25 及相关基因在抗病中的作用：研究发现，bHLH25 和 miR397b 是 H₂O₂诱导的抗病性所必需的，而 CPS2 则不是。敲除 bHLH25 会削弱 H₂O₂诱导的抗病性，而过表达 bHLH25 则会增强抗病性。miR397b 敲除植株的抗病性较高，H₂O₂处理对其抗病性影响不大；miR397b 过表达植株的抗病性则会因 H₂O₂处理而减弱。
• M256 对 bHLH25 功能的重要性：M256 是 bHLH25 中一个关键的蛋氨酸残基，对其功能至关重要。将 M256 替换为缬氨酸（bHLH25M256V）后，bHLH25 失去了对 miR397b 和 CPS2 表达的调控能力，也无法增强水稻的抗病性。免疫印迹分析表明，H₂O₂处理和病原体感染能诱导 bHLH25 中 M256 的氧化。
• bHLH25 同源物的保守性及抗病功能：bHLH25 在不同植物物种中的同源物具有高度保守的 M256-like 蛋氨酸残基。对拟南芥（Arabidopsis thaliana）bHLH25 同源物的研究表明，其保守的蛋氨酸也能被 H₂O₂氧化。此外，bHLH25 不仅能赋予水稻对稻瘟病菌的抗性，还能对其他病原体，如立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae），产生抗性。

综合上述研究结果，该研究揭示了水稻 bHLH25 转录因子直接感知 H₂O₂ ，调控植物抗病性的分子机制。bHLH25 通过氧化修饰，激活两条独立的防御通路，分别促进木质素合成和植物抗毒素积累，增强植物的抗病能力。同时，bHLH25 在不同植物物种中的保守性，暗示了这种抗病机制可能在植物界广泛存在。这一研究成果为深入理解植物的抗病机制提供了新的视角，也为开发新型植物抗病策略提供了潜在的靶点，对农业生产中农作物的病害防治具有重要的理论指导意义。