2017-09-20
植物生殖器官一般對外(wai)界(jie)溫度刺(ci)激更加(jia)敏感，但目(mu)前對于擬(ni)南芥(jie)花(hua)序(xu)組(zu)(zu)織(zhi)熱休克反應（heat shock response，HSR）的(de)(de)調節機理還知之(zhi)甚少。Squamosa promoter-binding-like (SPL) 基因家族作(zuo)為一個(ge)植物特異轉錄(lu)因子(zi)(zi)家族, 已(yi)被(bei)證實具有參與(yu)開花(hua)時期(qi)(qi)的(de)(de)調節，時期(qi)(qi)轉換(huan)，葉(xie)發育的(de)(de)起始(shi)以及其他發育過程(cheng)等許多重要的(de)(de)生物學功能(neng)。中(zhong)科院上(shang)海植物生理生態(tai)研究所陳曉亞(ya)院士課(ke)題組(zu)(zu)利用轉錄(lu)組(zu)(zu)測序(xu)技術對其中(zhong)兩個(ge)功能(neng)未(wei)知的(de)(de)轉錄(lu)調控因子(zi)(zi)SPL1和SPL12進(jin)行了功能(neng)分析，該研究結果已(yi)發表在Molecular Plant（IF=8.8269）雜(za)志上(shang)， 題為“Arabidopsis Transcription Factors SPL1 and SPL12 Confer Plant Thermotolerance at Reproductive Stage”。
高溫脅迫（42℃，1h）對花(hua)序(xu)期擬南芥(jie)的影(ying)響
RNA-seq分析結果顯示： 對于開花期(qi)的(de)擬南(nan)芥(jie)(jie)高(gao)溫脅迫（42℃）后，野生(sheng)株相(xiang)較(jiao)于spl1spl12雙阻斷(duan)突變株有(you)(you)1040個(ge)基因差異表(biao)達(da)。其中有(you)(you)531個(ge)基因上調，298個(ge)基因下(xia)調，同(tong)時有(you)(you)211個(ge)基因只在spl1spl12雙阻斷(duan)突變株中顯著表(biao)達(da)。結合表(biao)型分析結果，發現SPL1和SPL12參(can)與介導了擬南(nan)芥(jie)(jie)生(sheng)殖生(sheng)長期(qi)的(de)耐熱性調節。
方(fang)法：對擬南芥進行(xing)高溫脅迫處(chu)理(li)（42℃，1h），以常(chang)溫處(chu)理(li)組（22℃）分別作為對照，選取開花期(qi)（35d）的野生株和spl1spl12雙阻斷突變株進行(xing)轉錄組測序
樣本量：4組
測序平(ping)臺：Illumina HiSeq平(ping)臺
結果解讀：
1 對擬南芥進行高(gao)溫脅迫處理引(yin)起的基因表達差異進行GO富集分(fen)析和聚類(lei)分(fen)析
RNA-seq分析(xi)結果顯示：對于開花期的(de)擬南芥高溫脅迫（42℃）后，相較于對照組（22℃），野生株中有(you)1939個基(ji)(ji)因(yin)上(shang)調(diao)(diao)(diao)，1479個基(ji)(ji)因(yin)下調(diao)(diao)(diao)；spl1spl12雙阻斷(duan)突(tu)變株中有(you)1150個基(ji)(ji)因(yin)上(shang)調(diao)(diao)(diao)，1357個基(ji)(ji)因(yin)下調(diao)(diao)(diao)，GO富集(ji)結果顯示差異(yi)基(ji)(ji)因(yin)顯著富集(ji)在熱激反應應答相關(guan)通路。
圖1 基因(yin)差異表達分(fen)(fen)析(xi)和GO富集分(fen)(fen)析(xi)
圖(tu)(tu)2 不同樣品間聚類熱圖(tu)(tu)
2 對野(ye)生(sheng)株(zhu)和(he)spl1spl12雙阻斷突變(bian)株(zhu)中(zhong)熱休克反(fan)應應答相關差異基因進行分析
對開花期的(de)(de)(de)擬南芥(jie)進行高溫(wen)脅迫(po)（42℃）處理后，野生(sheng)株與spl1spl12雙阻(zu)斷突變株中共(gong)有1040個(ge)熱休克(ke)反應應答相關基因(yin)(yin)檢測(ce)到(dao)表(biao)達差異，文(wen)中根據表(biao)達特征(zheng)將其分為了(le)三類(lei)：HRD-Up（在(zai)(zai)野生(sheng)株中上(shang)調）共(gong)有531個(ge)基因(yin)(yin)； HRD-down（在(zai)(zai)野生(sheng)株中下調）共(gong)有298個(ge)基因(yin)(yin)下調；HRD-Neutral（在(zai)(zai)野生(sheng)型中無變化但(dan)在(zai)(zai)spl1spl12雙阻(zu)斷突變株中有差異表(biao)達）共(gong)有211個(ge)基因(yin)(yin)。HRD-Up和(he)HRD-down分類(lei)分析(xi)結果表(biao)明(ming)，SPL1和(he)SPL12轉錄因(yin)(yin)子介導了(le)近(jin)1/4（298/1040）的(de)(de)(de)熱休克(ke)反應應答相關基因(yin)(yin)的(de)(de)(de)重(zhong)編(bian)程，同(tong)時(shi)對HRD-Neutral的(de)(de)(de)分析(xi)表(biao)明(ming)擬南芥(jie)生(sheng)殖生(sheng)長期的(de)(de)(de)熱休克(ke)反應除了(le)SPL1和(he)SPL12之外(wai)還受到(dao)其他基因(yin)(yin)的(de)(de)(de)共(gong)同(tong)調節(jie)。
圖3 野生株和突(tu)變株之(zhi)間熱激應(ying)答差異表(biao)達基因分(fen)類
圖4 對(dui)HRD-up基因進行(xing)GO富集分(fen)析
3 對(dui)SPL1，SPL12啟動子結合位點進行預測
GO富(fu)集分析(xi)結(jie)果顯示HRD-up基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)主(zhu)要富(fu)集在應(ying)激(ji)信(xin)號通路(lu)(lu)中(zhong)。本文研(yan)究人員(yuan)選取了(le)(le)HRD-up基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)中(zhong)能直觀反(fan)映(ying)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄表達水(shui)平的啟動子區(qu)順式作用元(yuan)件進行(xing)了(le)(le)富(fu)集分析(xi)，結(jie)果顯示有(you)13個(ge)(ge)HRD-up基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)富(fu)集在DRE通路(lu)(lu)中(zhong)，該通路(lu)(lu)包含熱休克反(fan)應(ying)的兩個(ge)(ge)正調控因(yin)(yin)子DREB2C和(he)RAP2.6。此外DREB，DRE-like，LTRE，ABRE-like，DRE 和(he)GCC-box 通路(lu)(lu)均與熱休克反(fan)應(ying)應(ying)答相關。基(ji)(ji)(ji)于上述分析(xi)結(jie)果，研(yan)究人員(yuan)利(li)用活性分析(xi)實驗從(cong)HRD-up基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)中(zhong)篩選得到(dao)SPL1的5個(ge)(ge)靶基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)： CEJ1， RD29A，RPK1，ABI2和(he)RAS1。
圖5 對HRD-up基(ji)因啟動子區順式作(zuo)用元件進行(xing)富集分析
圖6 SPL1轉(zhuan)錄(lu)因子激活的靶(ba)基(ji)因
總結
本文對參與植物花(hua)序期耐熱性調節的(de)兩個SPL家族的(de)轉(zhuan)錄因子SPL1，SPL12基(ji)(ji)于轉(zhuan)錄組(zu)測序結(jie)果進行了(le)(le)系統的(de)生(sheng)物信息(xi)學分析(xi)，發現(xian)高溫脅(xie)迫處(chu)理和(he)spl1spl12雙阻斷處(chu)理后，熱休克反應應答(da)相關(guan)基(ji)(ji)因發生(sheng)了(le)(le)差(cha)異表達(da)。對差(cha)異表達(da)基(ji)(ji)因進行分類(lei)分析(xi)和(he)GO富集分析(xi)，結(jie)合表型分析(xi)結(jie)果，表明(ming)SPL1和(he)SPL12參與介導了(le)(le)擬南(nan)芥(jie)生(sheng)殖生(sheng)長期的(de)耐熱性調節。
參考文獻：
Chao L.-M., Liu Y.-Q., Chen D.-Y., Xue X.-Y., Mao Y.-B., and Chen X.-Y. (2017). Arabidopsis Transcription Factors SPL1 and SPL12 Confer Plant Thermotolerance at Reproductive Stage. Mol. Plant. 10, 735–748.
