盐生植物Suaeda aralocaspica中PEPC基因转录调控机制解析及bHLH49功能表征

本研究发现盐芥(Suaeda aralocaspica)中bHLH转录因子SabHLH49通过特异性结合SaPEPC1启动子（互作基序：GACACATGTA、GTCACGAACA、ATCTCATGCG）正向调控C4光合关键酶PEPC的表达，转基因拟南芥实验证实SabHLH49通过增强光合效率和膜稳定性显著提升植物耐盐性，为解析单细胞C4植物光合调控网络提供了新靶点。

　　

Highlight

酵母单杂交系统成功筛选出与SaPEPC1和SaPEPC2启动子互作的75个和74个候选转录因子，其中第1类因子富集于光合相关事件，第2类主要参与胁迫响应。盐胁迫、渗透胁迫（PEG）和光暗条件下，第1类因子（尤其是SaPEPC1自身）转录响应显著高于第2类。

成功构建基于克隆SaPEPC启动子靶序列的诱饵载体

基于启动子序列，我们从SaPEPC1（–1440 bp至+60 bp）和SaPEPC2（–1133 bp至+367 bp）的上游区域克隆了约1500 bp片段，并将其连接至酵母诱饵载体pAbAi（图1A, B）。通过双酶切验证重组构建体pAbAi-SaPEPC1和pAbAi-SaPEPC2，用于后续Y1H实验。

3.2 盐胁迫下S. aralocaspica的cDNA文库

总RNA质量与浓度评估结果（图S1A）显示文库重组效率达100%，插入片段长度200–2000 bp，库容量为1.2×10⁷ CFU·mL^-1，满足Y1H筛选要求。

讨论

前期研究发现两个SaPEPC基因启动子在驱动GUS报告基因时活性相似但本体表达模式差异显著（Cao et al., 2021），这种差异可能由与启动子互作的不同转录因子调控。本研究通过Y1H技术筛选出两类调控因子：第1类（SaPEPC1相关）显著参与光合作用，第2类（SaPEPC2相关）主要响应逆境胁迫。值得注意的是，SabHLH49（第1类）可特异性增强SaPEPC1启动子驱动的GUS活性，三维结构预测和双荧光素酶实验证实其与SaPEPC1启动子的互作潜力，推测互作区域涉及三个基序："GACACATGTA"、"GTCACGAACA"和"ATCTCATGCG"。过表达SabHLH49的转基因拟南芥通过缓解膜损伤和增强光合效率显著提升耐盐性。

结论

本研究利用Y1H技术筛选出与S. aralocaspica两个SaPEPC基因启动子互作的转录调控因子，所构建的高质量cDNA文库和鉴定出的调控因子为解析该物种光合作用和胁迫响应的转录调控机制提供了宝贵资源。两类调控因子具有明显不同的功能类别和表达模式：第1类因子可能通过调控光合相关基因协同响应环境变化，而第2类因子更专注于胁迫适应。对SabHLH49的深入功能分析揭示了其通过直接激活SaPEPC1表达增强植物耐盐性的新机制，为改良作物光合效率和抗逆性提供了理论依据。