鐵（Fe）作為植物生長發(fā)育不可或缺的微量元素，其缺乏會致使葉片黃化、生長嚴(yán)重受阻等不良癥狀。在植物應(yīng)對缺鐵的響應(yīng)機(jī)制中，bHLH轉(zhuǎn)錄因子FIT處于核心地位。FIT通過與bHLH Ib轉(zhuǎn)錄因子形成異二聚體，精準(zhǔn)調(diào)控鐵還原酶基因FRO2和鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因IRT1的表達(dá)，進(jìn)而促使根表層的Fe（III）還原為Fe（II），并成功將其輸送到根表皮細(xì)胞內(nèi)。此前研究發(fā)現(xiàn)，BTSL1和BTSL2這兩種具有部分冗余功能的E3泛素連接酶，能夠促進(jìn)FIT的降解過程。然而，在缺鐵環(huán)境下，盡管BTSL1和BTSL2的表達(dá)會被誘導(dǎo)，但FIT蛋白卻能得以積累。這一現(xiàn)象引出了一個關(guān)鍵問題：植物是通過何種方式在缺鐵條件下維持FIT的穩(wěn)定性？

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)鄭遠(yuǎn)教授與四川大學(xué)周華鵬教授合作在國際權(quán)威期刊The Plant Cell上發(fā)表了題為“The transcription factor MYB30 promotes iron homeostasis by maintaining the stability of the FIT transcription factor”的研究論文，揭示了轉(zhuǎn)錄因子MYB30作為關(guān)鍵調(diào)控因子，通過增強(qiáng)植物缺鐵響應(yīng)核心轉(zhuǎn)錄因子FIT的穩(wěn)定性，參與植物鐵代謝調(diào)控的全新機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)，MYB30在植物缺鐵響應(yīng)過程中發(fā)揮著正向調(diào)控作用。myb30突變體植株呈現(xiàn)出顯著的缺鐵癥狀，且體內(nèi)鐵元素積累量減少；而過表達(dá)MYB30的植株則表現(xiàn)出完全相反的生理特征。借助互作蛋白篩選技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)MYB30可與BTSL1/L2發(fā)生相互作用。但經(jīng)過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆肿雍蜕瘜?shí)驗(yàn)驗(yàn)證，BTSL1/L2并不參與調(diào)控MYB30蛋白的穩(wěn)定性，這使得MYB30的作用機(jī)制愈發(fā)撲朔迷離，亟待進(jìn)一步破解。

隨著研究的深入推進(jìn)，研究人員驚喜地發(fā)現(xiàn)MYB30同樣能夠與BTSL1/L2的底物——FIT蛋白發(fā)生互作，且兩者在缺鐵條件下于根表皮細(xì)胞中共定位。在myb30突變體中，缺鐵誘導(dǎo)的FIT蛋白積累量明顯減少。深入分析揭示，MYB30和FIT與BTSL1/L2互作的區(qū)域均位于后者執(zhí)行泛素化功能的RING結(jié)構(gòu)域。研究證實(shí)，MYB30通過與BTSL1/L 的緊密互作，有效抑制了BTSL1/L2對FIT的降解作用，進(jìn)而維護(hù)了缺鐵條件下FIT蛋白的穩(wěn)定性。此外，MYB30與其他蛋白互作的區(qū)域?yàn)槠銶YB DNA結(jié)合域，這表明MYB30蛋白除了能夠作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá)外，還能以調(diào)控因子的身份參與信號傳導(dǎo)過程。

圖1 MYB30通過抑制FIT-BTSL互作增加FIT在缺鐵條件下的穩(wěn)定性

綜上所述，該研究系統(tǒng)闡釋了在鐵營養(yǎng)充足條件下，BTSL1通過泛素化作用促進(jìn)FIT降解，從而避免植物過量吸收鐵元素；而在鐵缺乏條件下，MYB30的表達(dá)被誘導(dǎo)激活，MYB30隨即與FIT和BTSL1發(fā)生相互作用，并通過占據(jù)BTSL1的C末端泛素E3連接酶區(qū)域，巧妙地阻斷FIT-BTSL1之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)FIT穩(wěn)定性的維持并促進(jìn)FIT蛋白的積累。最終，F(xiàn)IT與bHLH Ib轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同發(fā)力，激活FRO2和IRT1的轉(zhuǎn)錄過程，推動鐵元素的高效吸收。

圖2 MYB30參與調(diào)控植物鐵代謝工作模型

西北農(nóng)林科技大學(xué)博士后趙鴻云博士為該論文的第一作者，西北農(nóng)林科技大學(xué)未來農(nóng)業(yè)研究院鄭遠(yuǎn)教授和四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院周華鵬教授為論文的共同通訊作者，為這項(xiàng)研究提供了全面而深入的指導(dǎo)。該研究得到了國家自然基金委項(xiàng)目以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物抗逆高效全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf090