拟南芥MYB47和MYB95转录因子调控茉莉酸诱导的ER小体形成机制及其在十字花科植物防御中的作用

本研究揭示了拟南芥中MYB47和MYB95转录因子通过调控TSA1和BGLU18基因表达，介导茉莉酸(JA)诱导的ER小体形成机制。研究人员发现这两个MYB转录因子与MYC2/3/4相互作用，特异性激活内质网衍生防御结构的生物发生，为理解十字花科植物独特的化学防御系统提供了新视角。

　　

在植物与环境的长期博弈中，十字花科植物演化出了独特的内质网衍生结构——ER小体，这些纺锤形或囊状的结构就像细胞内的"军火库"，储存着关键的β-葡萄糖苷酶(BGLUs)。当昆虫啃食或病原菌侵袭时，这些酶被释放出来，将葡萄糖苷酶转化为具有防御功能的化合物，构成了一道巧妙的化学防线。

拟南芥作为模式植物，其幼苗和根中组成型存在的ER小体储存着BGLU23（又称PYK10），而莲座叶只有在茉莉酸(JA)处理或机械损伤后才会诱导形成ER小体，其中积累着TSA1和BGLU18蛋白。虽然已知JA受体COI1和转录因子MYC2/3/4参与这一过程，但其具体的转录调控机制一直是个未解之谜。

发表在《Communications Biology》的这项研究揭开了这个谜团。研究人员通过基因共表达分析和全基因组关联研究(GWAS)，发现两个旁系同源的MYB转录因子——MYB47和MYB95——可能是TSA1和BGLU18的关键调控因子。系统发育分析显示这两个转录因子属于十字花目特有的MYB亚家族，与调控脂肪族和吲哚类葡萄糖苷酶生物合成的MYB28/29/76和MYB34/51/122亚家族密切相关。

研究团队综合运用了分子生物学、生物化学和细胞生物学等多种技术方法，包括基因表达分析（qRT-PCR）、蛋白质免疫印迹、免疫共沉淀、酵母双杂交、电泳迁移率变动分析(EMSA)、启动子-报告基因检测、转录组测序(RNA-seq)以及激光共聚焦显微镜观察等。实验材料主要使用拟南芥T-DNA插入突变体和农杆菌介导的本氏烟瞬时表达系统。

MYB47和MYB95代表BGLU18和TSA1基因的潜在调控因子

通过ATTED-II共表达数据库分析，研究人员发现MYB47和MYB95的表达模式与TSA1和BGLU18高度相关。GWAS分析进一步显示MYB47基因中的单核苷酸多态性(SNPs)与TSA1和BGLU18的表达变异相关，提示这些MYB转录因子可能是ER小体相关基因的调控者。

JA诱导的BGLU18和TSA1表达在myb95和myb47 myb95突变体中降低

利用T-DNA插入突变体，研究人员发现myb95单突变体和myb47,95双突变体中JA诱导的TSA1和BGLU18转录水平和蛋白积累显著降低，而myb47单突变体则无明显变化，表明MYB95在调控这些基因中起主导作用，MYB47起辅助作用。

JA诱导的ER小体积累在myb95和myb47 myb95突变体中减少

激光共聚焦显微镜观察显示，myb95单突变体和myb47,95双突变体中JA诱导的ER小体数量明显减少，而myb47单突变体与野生型无差异，进一步证实了MYB95在ER小体形成中的主要作用。

MYB47和MYB95增强TSA1的转录激活

EMSA实验表明MYB47和MYB95能与TSA1启动子中的box2元件(GTTAGTT)结合。启动子-报告基因实验发现，box1和box2元件的突变都会降低TSA1启动子活性，表明这两个元件对MYB介导的转录激活都至关重要。

MYC2、MYC3和MYC4调控JA诱导的MYB47和MYB95表达

qRT-PCR分析显示，在myc2,3,4三突变体中，JA诱导的MYB95和MYB47表达完全消失，而MYC2/3/4在myb47,95双突变体中的表达与野生型相似，表明MYC2/3/4是MYB47/95的上游调控因子。

MYB47和MYB95基因在JA响应中执行独特功能

与ER小体相关基因不同，JA响应基因VSP2的表达和JA/冠菌素对根伸长的抑制在myb47,95双突变体中未受影响，表明MYB47/95只调控JA信号通路的一个特定分支。

转录组分析揭示MYB47和MYB95调控ER小体相关基因

RNA-seq分析发现，MYB47和MYB95特异性调控77个JA响应基因，其中66个也受MYC2/3/4调控。这些基因包括TSA1、BGLU18、MEB2等ER小体组成基因，以及JAL5、JAL6、JAL35等可能参与BGLU18酶活性调控的基因。

幼苗ER小体的积累不受myb47 myb95双突变体影响

与JA诱导的ER小体不同，组成型存在于幼苗中的ER小体及其蛋白成分BGLU23和NAI2在myb47,95双突变体中正常积累，表明MYB47/95特异性参与JA诱导的而非发育调控的ER小体形成。

葡萄糖苷酶积累在myb47 myb95双突变体中未减少

葡萄糖苷酶生物合成基因的表达和代谢物水平在myb47,95双突变体中未受影响，而在myc2,3,4突变体中显著降低，表明MYB47/95不参与葡萄糖苷酶生物合成的调控。但BGLU18确实具有芥子酶活性，参与吲哚类葡萄糖苷酶的分解。

MYB47和MYB95与MYC2、MYC3和MYC4相互作用

酵母双杂交、体外pull-down和免疫共沉淀实验证实MYB47和MYB95与MYC2、MYC3和MYC4发生物理相互作用，这种相互作用可能有助于特异性调控JA信号通路的下游靶基因。

研究结论表明，MYB47和MYB95作为十字花目特有的MYB转录因子，与MYC2/3/4相互作用，特异性调控JA诱导的ER小体形成，而不影响组成型ER小体或葡萄糖苷酶生物合成。这种调控机制的发现不仅揭示了植物防御系统的精细分工，也为理解转录因子家族的进化提供了新视角。这些发现表明，在植物进化过程中，MYB47/95、MYB28/29/76和MYB34/51/122亚家族可能共同进化，分别调控ER小体形成、脂肪族和吲哚类葡萄糖苷酶生物合成，形成了十字花科植物独特的化学防御体系。