NGA和bHLH转录因子组成转录复合物调控柱头发育

    其中柱头起源于雌蕊末端的单层乳突细胞【1】，柱头结合花粉粒，促进花粉粒水合膨胀后萌发，并且为花粉管进入花柱、伸向子房提供了入口。

    在近20年的柱头发育相关研究中，科学家们发现了多个起重要功能的转录因子，如NGA家族转录因子【2】，以及多个bHLH转录因子，包括HEC【3】，IND【4】以及SPT【5】等。

    破坏这些转录因子在表型上呈现一定的相似性，同时也存在特异性。

    然而这些转录因子之间精确的调控关系，以及它们发挥特异功能的分子基础还不清楚。

    近日，来自西班牙巴仑西亚理工大学的Cristina Ferrándiz团队发现，在柱头发育过程中，转录因子NGA和HEC以复合物的形式调控IND以及SPT的表达，IND和SPT又相继和NGA及HEC组成高阶复合物调控下游基因的表达，并阐明了这些经典转录因子之间的遗传调控关系。

    相关结果以A transcriptional complex of NGATHA and bHLH transcription factors directs stigma development in Arabidopsis为题发表在The Plant Cell上。

     研究发现，过表达转录因子NGA以及HEC会影响雌蕊的发育，p35S:NGA3植株表现雌蕊柄生长，子房数目降低等异常，p35S:HEC3则表现柱头膨大，育性降低现象。

    有意思的是p35S:NGA3的表型可被hec突变所抑制，同样p35S:HEC3表型也可被nga突变所抑制，说明NGA和HEC在影响雌蕊发育时相互依赖。

    NGA和HEC在柱头部位的表达相互促进，二者共同过表达时雌蕊发育缺陷进一步增强（图1），并且在蛋白水平，NGA和HEC可以相互作用（图1）。

    遗传和蛋白互作分析表明了二者以复合物的形式调控柱头的发育。

    图1：转录因子NGA和HEC蛋白相互作用，同时过表达时表型加强。

     前人研究表明，另一个柱头发育关键调控因子IND可以激活SPT的表达，IND还可以与SPT组成复合物，调控下游靶基因的表达【6】。

    前人还发现hec突变体与spt ind双突变体的表型非常类似【7】，暗示HEC与IND-SPT在调控雌蕊发育过程位于同一途径。

    研究者进一步探索了NGA-HEC复合体对于IND-SPT的调控关系。

    研究者发现NGA的存在对于IND的正常表达是必须的，过表达NGA会加强IND的表达，但这种促进作用依赖HEC的存在。

    ind和spt突变都会抑制p35S:NGA3突变体的表型。

    说明NGA-HEC位于IND-SPT的上游，促进IND和SPT的表达。

    然而过表达IND并不能抑制nga突变体的雌蕊发育表型，并且IND对于靶基因的调控依赖于NGA，说明NGA不仅调控IND的表达，对于IND发挥正常功能也是必需的。

    蛋白互作分析也证明了NGA和HEC可以和IND及SPT相互作用，说明他们能够以复合物的形式发挥功能。

    图2：NGA和bHLH转录因子HEC、IND和SPT在影响柱头发育时的遗传调控关系。

     综合以上研究结果，研究者提出了以下模型（图2）：在柱头发育过程，NGA和bHLH转录因子HEC在转录水平上相互促进，在蛋白水平上相互作用共同激活bHLH转录因子IND的表达。

    IND继而与NGA和HEC组成复合物促进bHLH转录因子SPT的表达，SPT同样与IND、NGA和HEC共同调控下游靶基因PID及WAG2的转录，PID和WAG2通过影响生长素的极性运输来调控柱头的发育。

    该研究揭示了多个经典转录因子在柱头发育过程的特异的调控关系，即它们通过逐步形成高阶转录复合物而非以线性方式调控靶基因的表达。