MYB转录因子直接介导响应非生物胁迫的脱落酸信号

《Plant Science》：The MYB transcription factors directly mediate abscisic acid signals in response to abiotic stress

MYB19、MYB42和MYB121通过ABA信号通路调控植物种子萌发、根生长、气孔关闭及耐旱性，其突变体ABA不敏感且抗逆性下降，证实ABF依赖的ABA调控机制。

　　在植物的生长、发育以及对生物和非生物胁迫的响应过程中，MYB转录因子（TFs）扮演着至关重要的角色。这些因子通常受到植物激素脱落酸（ABA）的调控，而ABA作为一种关键的信号分子，广泛参与植物对各种环境变化的适应。在本研究中，科学家们通过RNA测序技术，系统地分析了ABA处理后的拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）植株中MYB基因的表达情况，重点研究了那些在ABA处理后迅速上调，而在ABA去除后表达水平下降的基因。研究发现，三个特定的MYB基因——*MYB19*、*MYB42*和*MYB121*——是ABA信号通路的直接靶标。进一步的表型分析表明，这些基因的突变体表现出对ABA的敏感性降低，具体表现为种子萌发、子叶变绿和根系生长等过程受到抑制，同时气孔关闭的响应也减弱。这些发现揭示了MYB基因在植物对ABA调控的生理反应中的关键作用。

ABA信号通路在植物的生长发育中具有广泛的调控功能，包括种子休眠与萌发、根系发育、气孔运动等。这些功能使植物能够在不利环境中生存，从而提高其适应能力。然而，目前对于哪些MYB基因在ABA信号通路中起核心作用，仍然缺乏深入的理解。为了填补这一知识空白，研究人员利用高通量测序技术，对ABA处理后的拟南芥进行基因表达谱分析，筛选出三个在ABA处理后表达显著增加的MYB基因。通过构建这些基因的突变体，研究人员进一步验证了它们在ABA响应中的功能，发现它们的缺失会导致植物对干旱、盐害等非生物胁迫的耐受性下降。这些结果不仅加深了我们对ABA信号通路调控机制的认识，也为植物抗逆性改良提供了新的研究方向。

MYB转录因子是植物中最丰富的转录调控因子之一，其数量约占拟南芥所有转录因子的9%。这些因子的结构特征主要包括N端的MYB结构域，该结构域由1到4个重复序列（R）组成，每个重复序列包含约50到53个保守的氨基酸残基，并折叠成三个α螺旋结构，最终形成一个螺旋-转角-螺旋（HTH）结构。其中，第三个α螺旋被认为是DNA识别螺旋，直接与DNA分子的大沟接触，从而实现对特定基因的调控。基于这些重复序列的数量和结构，MYB转录因子可以被分为四个主要亚类，包括4R-MYB、R1R2R3-MYB、R2R3-MYB和1R-MYB。其中，R2R3-MYB亚类是研究最为广泛的一类，因其在植物生长发育和胁迫响应中的重要作用而受到关注。这类因子不仅参与调控次生代谢过程（如黄酮类和木质素的生物合成），还在植物对非生物胁迫（如干旱、盐害）和生物胁迫（如病原菌感染）的响应中发挥关键作用。

研究还发现，一些R2R3-MYB因子在ABA信号通路中具有重要的调控功能。例如，EgMYB111能够与ABA受体蛋白PYR1和PYL9相互作用，从而通过调控EgSnRK2.1、EgSnRK2.3和EgSnRK2.5等基因的表达，参与植物对低温胁迫的响应。同样，ABA受体PYL8/RCAR3能够与AtMYB44、AtMYB73和AtMYB77等转录因子结合，增强生长素信号传递，从而促进侧根的生长。这些发现表明，R2R3-MYB因子在植物的多种生理过程中具有重要作用，包括植物形态、细胞大小、木质素合成和花器官发育等。因此，对尚未明确功能的R2R3-MYB因子进行深入研究，不仅有助于揭示其在植物调控网络中的作用，也为通过分子育种手段提高植物抗逆性提供了新的可能性。

在实验设计方面，研究人员采用了严格的筛选标准，以确保所鉴定的MYB基因确实受到ABA的调控。具体而言，实验中使用了7天大的拟南芥Col-0植株，将其转移到含有或不含50微摩尔ABA的1/2 MS培养基中，并在3小时后进行处理。随后，将处理后的幼苗分为两组：一组持续暴露于含有ABA的培养基中，另一组则被移除ABA。通过比较两组之间的基因表达差异，研究人员筛选出了三个在ABA处理后表达显著上升的MYB基因。这些基因的表达模式表明，它们可能在ABA信号通路中起核心作用。为了进一步验证这些基因的功能，研究人员构建了相应的突变体，并对其在ABA处理下的表型进行了分析。结果显示，这些突变体在ABA处理下表现出明显的表型变化，包括种子萌发能力下降、根系生长受限以及气孔关闭的减弱，这进一步支持了它们在ABA信号调控中的重要性。

此外，研究还发现，这些MYB基因的表达受到ABA响应元件结合因子（ABFs）的直接调控。ABFs是一类重要的转录因子，能够与ABA信号通路中的其他成分相互作用，从而调控目标基因的表达。通过分析*abfs*突变体的基因表达情况，研究人员发现ABA无法显著诱导这些MYB基因的表达，这表明ABFs在ABA信号通路中起着关键的桥梁作用。这一发现不仅揭示了ABA信号通路中基因表达的调控机制，还为理解植物如何通过ABA信号适应环境变化提供了新的视角。

在实际应用方面，这些MYB基因的发现为植物抗逆性改良提供了重要的理论基础。通过调控这些基因的表达，可以增强植物对干旱、盐害等非生物胁迫的耐受性，从而提高作物在不利环境下的生长性能。例如，研究发现，过表达*GmMYB14*能够显著提高大豆的产量，同时改变其植株形态，使其更加紧凑。同样，过表达*IbMYB48*能够显著增强植物对干旱和盐害的耐受性，表明这些MYB因子在植物抗逆性调控中的重要性。因此，未来的研究可以进一步探索这些基因在不同作物中的功能，以期开发出更加高效的抗逆性育种策略。

在研究方法上，本研究采用了高通量测序技术，结合严格的筛选标准，确保所鉴定的MYB基因确实受到ABA的调控。同时，研究人员还构建了相应的突变体，以验证这些基因在植物生理过程中的具体功能。通过比较突变体与野生型植株在ABA处理下的表型差异，研究人员能够更准确地判断这些基因在ABA信号通路中的作用。此外，研究人员还利用多种实验手段，如基因表达分析、表型观察和分子互作研究，全面评估这些MYB基因的功能。这些方法不仅提高了研究的准确性，还为后续的基因功能研究提供了可靠的实验依据。

研究的意义不仅在于揭示了MYB基因在ABA信号通路中的作用，还在于为植物抗逆性改良提供了新的研究方向。随着全球气候变化和农业环境的恶化，提高作物的抗逆性成为农业研究的重要目标。通过调控这些MYB基因的表达，可以增强植物对干旱、盐害等非生物胁迫的耐受性，从而提高作物的产量和品质。此外，这些基因的发现也为理解植物如何通过ABA信号适应环境变化提供了新的理论支持。因此，未来的研究可以进一步探索这些基因在不同作物中的功能，以期开发出更加高效的抗逆性育种策略。

在实验材料方面，本研究使用了拟南芥的Col-0野生型株系，同时构建了相应的突变体。这些突变体的基因表达情况被用于验证MYB基因在ABA信号通路中的功能。此外，研究人员还利用了其他实验材料，如ABA受体蛋白PYR1和PYL9，以研究这些因子与MYB基因之间的相互作用。这些实验材料的选择不仅保证了研究的可靠性，还为后续的基因功能研究提供了支持。

本研究的作者团队由多位研究人员组成，他们在实验设计、数据收集和分析、论文撰写等方面发挥了重要作用。其中，Z.Z.、X.W.和Q.Z.负责研究的设计，C.Y.和J.C.执行了大部分实验，Q.Z.、S.L.、M.L.和X.W.协助完成了一些实验，而Z.Z.、C.Y.和J.C.则负责论文的撰写。所有作者都对最终的论文进行了审阅和批准，确保了研究的科学性和严谨性。

综上所述，本研究通过系统分析ABA处理后的拟南芥植株中MYB基因的表达情况，鉴定出三个关键的MYB基因——*MYB19*、*MYB42*和*MYB121*。这些基因的缺失导致植物对ABA的敏感性下降，同时影响其对非生物胁迫的耐受性。此外，这些基因的表达受到ABFs的直接调控，表明ABFs在ABA信号通路中的重要性。研究结果不仅加深了我们对ABA信号调控机制的理解，还为植物抗逆性改良提供了新的研究方向和理论支持。未来的研究可以进一步探索这些基因在不同作物中的功能，以期开发出更加高效的抗逆性育种策略。