揭示LEAFY COTYLEDON 2转录激活域的双重功能模式在开花植物种子发育中的保守性

这篇研究通过ADpred预测和酵母/苔藓原生质体实验，鉴定了LEC2蛋白N端和C端转录激活域(ADs)，发现其虽在异源系统中具有转录活性，但在拟南芥种子发育中非必需。创新性揭示了LEC2可通过两种模式发挥作用：依赖AD的经典转录激活功能，以及通过与先锋因子LEC1互作不依赖AD的染色质重塑功能。研究还发现玉米ZmAFL2虽缺乏N端AD却能互补lec2突变体，为单子叶植物中LEC2功能同源物的存在提供了证据。

　　

LEAFY COTYLEDON 2(LEC2)作为LAFL转录因子网络的核心成员，在种子发育过程中扮演着关键角色。研究团队通过计算生物学工具ADpred深度神经网络预测，首次系统鉴定了LEC2蛋白中三个潜在的转录激活域(ADs)：位于N端非结构区域的首个AD，以及分布在C端B3 DNA结合结构域末端和C端非结构区域的两个AD。这些预测在酵母双杂交系统中得到验证，当这些区域与GAL4 DNA结合域融合时，能显著激活HIS3报告基因表达。

令人惊讶的是，当研究者在拟南芥lec2-1突变体中表达缺失N端或C端AD的LEC2变体时，这些缺失突变体仍能完全恢复野生型种子表型。通过精确的合成生物学手段构建的LEC2noAD突变体（所有AD均被定点突变）在苔藓原生质体系统中显示转录活性显著降低，但在拟南芥中仍保持功能完整性。这一矛盾现象暗示LEC2可能通过两种截然不同的机制发挥作用：

作为经典转录因子时，LEC2依赖其ADs直接激活下游靶基因（如OLE1）的表达。而在与LEC1/NF-YC形成三聚体复合物时，LEC2则转变为"先锋因子辅助者"的角色——通过B2结构域与LEC1相互作用，B3结构域靶向RY-box顺式元件，共同改变染色质可及性。ATAC-seq数据分析显示，lec2突变体中数千个基因位点的染色质开放状态发生显著改变，特别是脂质合成相关基因簇，这为LEC2参与染色质重塑提供了直接证据。

研究还突破性地在单子叶植物中发现了LEC2的功能同源物。玉米ZmAFL2/ZmABI19虽然缺乏N端AD且系统发育更接近FUS3，但其B2-B3结构域与LEC2高度相似。当在拟南芥中表达时，ZmAFL2不仅能互补lec2突变体的种子表型，过表达时还会引发异常的体细胞胚胎发生，这与LEC2过表达表型高度一致。这一发现修正了"LEC2仅存在于双子叶植物"的传统认知，为作物种子品质改良提供了新的靶点。

从结构生物学角度看，AlphaFold 3预测显示LEC2的B2结构域形成α螺旋，与LEC1/NF-YC二聚体相互作用，而N端和C端ADs则保持非结构化状态。这种灵活的分子架构可能解释了为何ADs突变不影响蛋白质整体功能——它们更像是"可拆卸的转录增强模块"，在特定条件下（如环境胁迫或发育阶段转换）才会被招募发挥作用。

该研究不仅阐明了LEC2在种子发育中的双重作用机制，更提出了LAFL网络调控的新范式：LEC2在胚胎发生早期可能主要作为先锋复合物组分决定细胞命运，而在成熟阶段则转换为经典转录因子协同ABI3/FUS3调控储备物质积累。这种功能分工的演化保守性，为理解植物胚胎发育的转录调控提供了全新视角。