ERF34通过ABI3-ADH1模块正向调控ABA信号通路的分子机制

《Plant Science》：Magnesium deficiency limits electron transport efficiency and photosynthesis, and induces oxidative stress in tobacco

本研究揭示了拟南芥Group IIId亚族乙烯响应因子ERF34在ABA信号通路中的新颖调控机制。研究发现ERF34在ABA处理后蛋白水平显著上升，通过与ABI3互作协同激活ADH1转录，正向调控ABA介导的种子萌发和根系发育。该发现为解析ERF家族蛋白在ABA信号中的差异化功能提供了新视角。

　　

章节亮点

ERF34展现对ABA的转录后响应

在植物激素响应中发挥功能的蛋白质通常会在相应激素处理下发生表达水平的变化（Santner等，2009）。为了鉴定ABA响应蛋白，我们筛选了一个拟南芥LUC融合蛋白文库，包括转录因子、E3泛素连接酶、RNA结合蛋白以及激素或光响应基因，检测它们在ABA处理下LUC信号的变化。由于这些蛋白大多丰度较低，我们在拟南芥原生质体中瞬时表达了LUC融合蛋白。有趣的是，尽管ERF34的转录水平在ABA处理下没有显著变化（图1C），但LUC-ERF34融合蛋白的信号在ABA处理后显著增强（图1A，B），表明ERF34在转录后水平受到ABA调控。

讨论

ERF是一个庞大的植物转录因子家族，包含122个基因（Nakano等，2006）。尽管多个ERF转录因子在ABA信号通路中发挥关键作用，但来自不同亚组的成员展现出不同的调控模式。本研究探讨了Group IIId ERF34在ABA信号通路中的调控作用。

我们观察到LUC-ERF34的蛋白水平在ABA处理后升高（图1A，B），表明ERF34在转录后水平受到ABA调控。这一发现与之前的研究一致，即某些ERF蛋白在激素信号通路中受到转录后调控（Zhang等，2023）。与ERF34不同，一些ERF蛋白在转录水平对ABA做出响应。例如，Group Ib ERF58的转录本在ABA处理下积累（Li等，2022）。ERF34在蛋白水平对ABA的独特响应模式表明，不同ERF亚组可能采用不同的分子机制来整合ABA信号。

表型分析显示，过表达ERF34的拟南芥植株对ABA表现出超敏感性，种子萌发率和根伸长均降低，而erf34突变体对ABA的敏感性降低，在ABA处理下表现出更高的萌发率和更长的初生根。这些结果表明ERF34是ABA信号的正向调控因子。这一发现与之前关于ERF34在盐胁迫下促进种子萌发的报道部分一致（Park等，2022），但我们的研究进一步揭示了ERF34在基础ABA信号通路中的核心作用。

为了阐明ERF34的作用机制，我们通过IP-MS筛选发现ABI3是ERF34的潜在互作蛋白。BiFC和Co-IP实验证实了ERF34与ABI3在体内外的相互作用。ABI3是ABA信号通路中的一个关键转录因子，在种子成熟和萌发中发挥重要作用（Tian等，2020）。我们的研究发现，与Group IXc蛋白ERF1不同（Zhang等，2023），ABI3并不抑制ERF34的顺式元件结合活性，反而增强了ERF34介导的ADH1转录激活。这表明不同ERF亚组蛋白与ABI3的互作模式存在功能分化。

通过TMT蛋白质组学分析，我们鉴定到ADH1是ERF34潜在的下游靶标。双荧光素酶报告基因实验证实ERF34能够直接结合ADH1启动子并增强其转录。更重要的是，ABI3通过与ERF34互作，进一步协同增强了ADH1的转录激活。ADH1作为ABA信号的正调控因子，其表达受ERF34和ABI3的共同调控，这为解析ABA信号通路的复杂调控网络提供了新的分子模块。

此外，在ABA处理下，ERF34促进了ABA和胁迫响应标记基因RD29A和RD29B的表达。这些结果进一步支持了ERF34在ABA信号通路中的正向调控作用。

综上所述，我们的研究表明Group IIId ERF34作为ABA信号的正向调控因子，通过与ABI3互作协同激活ADH1的表达，从而精细调控ABA介导的植物生长发育过程。这一发现丰富了我们对ERF家族蛋白功能多样性的认识，为作物抗逆育种提供了新的理论依据。