Page 209 - 《广西植物》2023年第2期

２ 期 杨钰洁等: 拟南芥 ｂＨＬＨ Ｉｂ 转录因子调控 ＦＩＴ 的转录
铁的可利用性主要依赖于土壤的 ｐＨ 值ꎮ 在酸性土
壤中部分铁以离子形式存在被植物利用ꎬ但在碱性
土壤中铁主要以不溶的氧化状态存在ꎮ 由于植物
固着生长无法移动ꎬ因此在碱性土壤中生长的植物
不得不面对缺铁胁迫ꎮ 经过长期的进化ꎬ植物已经
进化了一些特殊的机制来适应缺铁环境ꎮ 植物能
感知铁浓度的变化ꎬ并通过一套严密的铁信号转导
系统来激活下游铁吸收相关基因的表达以促进铁
的吸收ꎮ 在拟南芥的缺铁响应系统中ꎬＦＩＴ 是一个
处于核心位置的调控因子ꎬ它直接控制了铁吸收基
因 ＩＲＴ１ 和 ＦＲＯ２ 的表达(Ｓｃｈｗａｒｚ ＆ Ｂａｕｅｒꎬ ２０２０)ꎮ
但是ꎬＦＩＴ 自身的转录也受到缺铁的诱导(Ｃｏｌａｎｇｅｌｏ
＆ Ｇｕｅｒｉｎｏｔꎬ ２００４)ꎮ 探究 ＦＩＴ 在缺铁条件下如何被
激活已成为铁信号研究领域的一个热点ꎮ
过表达 ｂＨＬＨ Ｉｂ 亚家族的成员 ｂＨＬＨ３９ 可以
在＋Ｆｅ 情况下激活 ＦＩＴ 表达( Ｎａｒａｎｊｏ￣Ａｒｃｏｓ ｅｔ ａｌ.ꎬ
２０１７)ꎬ表明 ｂＨＬＨ３９ 在＋Ｆｅ 条件下正调控 ＦＩＴ 的
表 达ꎮ 我 们 分 析 了 ｂＨＬＨ Ｉｂ 中 另 一 个 成 员
ｂＨＬＨ３８ 的过表达植物ꎬ发现 ＦＩＴ 的表达趋势类似
于其在 ｂＨＬＨ３９ 过表达植物的情况ꎬ这证明 ｂＨＬＨ
Ｉｂ 家族成员之间的功能冗余ꎮ 由于较强的功能冗
余性ꎬ因此 ｂＨＬＨ Ｉｂ 四个成员的单、双突变体无明
显的缺铁表型ꎬ三突变体表现出轻微的缺铁表型
(Ｓｉｖｉｔｚ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１２ꎻ Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３ꎻ Ｍａｕｒｅｒ ｅｔ 维持铁稳态提供了新的见解ꎮ
ａｌ.ꎬ ２０１４)ꎬ而四突变体则表现出强烈的缺铁症状
(Ｃａｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎮ 本研究发现ꎬ四突变体中 ＦＩＴ
的表达水平在＋Ｆｅ 时没有显著变化ꎬ但在－Ｆｅ 时显
著低于其 ＷＴ 中的水平ꎬ这表明 ｂＨＬＨ Ｉｂ 对于－Ｆｅ
时 ＦＩＴ 的上调是必需的ꎮ
ｆｉｔ 突变体中 ＦＩＴ 的启动子活性显著低于 ＷＴ
中的水平(Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００７)ꎬ表明 ＦＩＴ 对于其自
身的转录是必需的ꎮ 本研究结果表明ꎬ在 ＦＩＴ 过
表达植物里ꎬ内源 ＦＩＴ 的表达与 ＷＴ 无显著差异ꎬ
这表明外源 ＦＩＴ 过表达不足以促进内源 ＦＩＴ 的转
录ꎮ 因此ꎬＦＩＴ 对于 ＦＩＴ 自身转录虽是必要条件ꎬ
但不是充分条件ꎮ 在铁稳态信号转导途径中ꎬＦＩＴ
通过与 ｂＨＬＨ Ｉｂ 成员形成异源二聚体共同激活下
游基因 ＩＲＴ１ 和 ＦＲＯ２ 的表达( Ｙｕａｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８ꎻ
Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３)ꎮ 在 ＷＴ 背景下过表达 ｂＨＬＨ３９
可以促进 ＩＲＴ１ 和 ＦＲＯ２ 的表达ꎬ而在 ｆｉｔ 突变体背
景下 ｂＨＬＨ３９ 却 不 能 激 活 靶 基 因 ＩＲＴ１ 和 ＦＲＯ２
(Ｎａｒａｎｊｏ￣Ａｒｃｏｓ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７)ꎬ这说明 ｂＨＬＨ３９ 激活
ＩＲＴ１ 和 ＦＲＯ２ 的转录需要 ＦＩＴ 的参与ꎮ 在＋Ｆｅ 情
况下ꎬｂＨＬＨ３８ 过表达及 ｂＨＬＨ３８ 和 ＦＩＴ 双过表达
都可以促进 ＩＲＴ１、ＦＲＯ２ 和内源 ＦＩＴ 的转录ꎮ 相比
较而言ꎬ在－Ｆｅ 情况下ꎬ双过表达虽然促进了 ＩＲＴ１
和 ＦＲＯ２ 的 表 达ꎬ 但 没 有 促 进 ＦＩＴ 的 表 达ꎬ 而
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ｂＨＬＨ３８ 单过表达对 ＩＲＴ１、ＦＲＯ２ 和 ＦＩＴ 的表达影
响不大ꎮ 因此ꎬ我们得出结论:ｂＨＬＨ Ｉｂ 是缺铁诱
导 ＦＩＴ 的必要条件ꎬ而不是充分条件ꎮ
当外源 ＦＩＴ 蛋白过量表达时ꎬ拟南芥会启动体
内的 ２６Ｓ 蛋白酶降解系统来促进 ＦＩＴ 的降解ꎬ最终
维持 ＦＩＴ 的 蛋 白 相 对 稳 定 ( Ｍｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１ꎻ
Ｓｉｖｉｔｚ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１)ꎮ Ｓｉｖｉｔｚ 等(２０１１) 研究认为ꎬ在
－Ｆｅ情况下ꎬ拟南芥植物需要维持稳定水平的、有活
性的 ＦＩＴ 蛋白ꎬ既可以保证植物吸收足够的铁ꎬ又可
以保证植物不会因吸入过多铁而对其产生毒害ꎮ
本研究结果表明ꎬＦＩＴ 转录水平在缺铁条件下已经
达到最高值ꎬ即使额外增加正调控它的转录因子的
水平也不能提高 ＦＩＴ 的转录水平ꎬ这暗示植物不需
要或不能维持太高的内源 ＦＩＴ 转录本ꎮ 这种内源
ＦＩＴ 转录本的阈值现象与 ＦＩＴ 蛋白的阈值现象非常
类似ꎮ 我们猜测ꎬ植物可能已经进化出了不同的方
式来维持铁稳态ꎮ 从 ＲＮＡ 和蛋白两方面控制 ＦＩＴ
的水平可能是植物维持铁稳态的关键一环ꎮ 除了
这两方面以外ꎬ拟南芥还能根据铁浓度的变化调整
ＦＩＴ 蛋白在细胞核与细胞质的比例以及调整 ＦＩＴ 的
磷酸化状态(Ｇｒａｔｚ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９ꎬ２０２０)ꎬ最终维持植
物的铁稳态ꎮ 本研究从 ＲＮＡ 角度研究了 ＦＩＴ 的转
录变化ꎬ这为今后深入了解植物通过多种途径共同
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