华南植物园区研究团队揭示OXS3家族成员负调控ABA：信号的分子机制

2021年5月25日，Journal of Experoimental Botany在线发表了中国科学院华南植物园/植物基因工程中心区永祥（David W. Ow）研究院和王昌虎副研究员为共同通讯的题为“Arabidopsis OXS3 family proteins repress ABA signaling through interactions with AFP1 in the regulation of ABI4 expression”的研究论文，该研究发现OXS3家族成员通过与AFP1互作来共同抑制ABI4的转录，从而在ABA信号通路中发挥作用。

ABA及其信号转导途径中的AP2/ERF型转录因子ABI4（ABA-Insensitive 4）在植物响应环境胁的过程中发挥关键作用。前期研究发现，在粟酒裂殖酵母中过表达拟南芥氧化胁迫耐受基因OXS3（Oxidative Stress 3）或OXS3-like的cDNAs可增强对重金属或氧化剂的耐受性。拟南芥OXS3和它在水稻中的同系物OsO3L2/OsO3L3与特定组蛋白共定位，表明其可能也在染色质调控中起作用。

本研究利用T-DNA插入突变体来鉴定OXS3家族成员对ABA的响应，结果发现拟南芥四突Quad1（oxs3-2 oxs3b-1 o3l4-1 o3l6-1）和Quad2（Ws oxs3-1、Col oxs3b-1、Col o3l4-1、Col o3l6-1）对ABA表现出超高敏感性，在ABA处理条件下的初生根长显著短于野生型对照植株（图1），表明OXS3、OXS3b、O3L4和O3L6参与ABA响应。表达分析显示，Quad1和Quad2中约有一半的ABA信号转导和响应基因表达上调，其中ABI4的表达升高最为显著。

图1. Quad1幼苗对ABA的敏感性增强

为揭示OXS3家族蛋白负调控ABA响应基因的机制，酵母双杂筛选及验证发现，AFP3（ABI Five binding Protein 3）与OXS3、O3L4互作，但不与OXS3b、O3L6互作。另经验证，OXS3、OXS3b、O3L3、O3L4和O3L6均与AFP3家族成员AFP1互作，本研究选择OXS3和AFP1进行深入研究。LUC活性分析显示，在afp1-5突变体中，OXS3、OXS3b和O3L6对ABI4的抑制作用消失，AFP1过表达导致ABI4启动下的LUC活性显著降低，表明AFP1与OXS3、OXS3b以及O3L6共同抑制ABI4的启动子活性。此外，与AFP1负调控ABA信号相一致的是，AFP1过表达植株显示为ABA不敏感表型。相反，在Quad2突变体中过表达AFP为ABA敏感表型，表明OXS3成员参与AFP1介导的ABA响应。

AFP1可招募染色质修饰因子以促进对基因转录的抑制；OXS3与组蛋白H4共定位，可能是乙酰化组蛋白；水稻OsO3L2和OsO3L3与H2A共定位并与其结合，这暗示OXS3、AFP1和组蛋白H2A可能存在互作以调控ABA响应。互作验证发现，OXS3家族成员与H2A变体H2A.X.5互作。

已知H2A.X调控基因转录，γ-H2A.X（磷酸化形式的H2A.X）在活性转录起始位点富集，由于OXS3在核小点处共定位，推测AFP1和OXS3s复合物可能通过H2A.X来抑制ABI4的转录。ChIP-qPCR分析显示，某些OXS3家族蛋白的缺失与ABI4启动子上组蛋白γ-H2A.X的占位增加有关，这与ABI4表达的抑制消除相对应。在h2a.x.5-1、h2a.x.5-2单突和h2a.x.3-1 2a.x.5-2双突中ABI4的转录显著下调，突变植株对ABA的敏感性降低，表明γ-H2A.X对于ABI4表达的激活是必需的。

图2. OXS3家族蛋白调控ABI4的工作模型

综上，在无胁迫存在条件下，OXS3s（OXS3、OXS3b、O3L3、O3L4、O3L6）与AFP1互作以抑制ABI4启动并降低γ-H2A.X沉积，ABA信号通路此时处于关闭状态；受胁迫期间，SnRK1激酶磷酸化OXS3s，使其从细胞核易位到细胞质（Xiao et al., 2020），核内OXS3s的缺失解除了对ABI4的抑制，从而增加γ-H2A.X沉积以激活ABA响应基因的表达。

参考文献：

Xiao SM, Jiang L, Wang CH, Ow DW. 2020. SnRK1 regulates chromatin-associated OXS3 family proteins localization through phosphorylation in Arabidopsis thaliana. Biochemical and Biophysical Research Communications 533, 526-532.

来源：植物生物学