BpHOX2転写因子は、様々なシス作用要素に結合し、浸透圧耐性を付与する

Betula platyphylla BpHOX2 transcription factor binds to different cis-acting elements and confers osmotic tolerance.

• Zilong Tan
• Xuejing Wen
• Yucheng Wang

抄録

ホメオドメイン-ロイシンジッパー（HD-Zip）タンパク質は、植物の発生や環境応答に重要な役割を果たしている。しかし、これらのタンパク質がどのように遺伝子発現を仲介して生物学的ストレス耐性を促進するのかは不明である。本研究では、シラカバ（Betula platyphylla）由来のBpHOX2（HD-Zip Iファミリータンパク質）の特徴を明らかにした。BpHOX2は成熟した茎や葉に多く発現しているが、先端芽や根では低レベルで発現しており、組織特異的な特徴を持っていることが示唆された。BpHOX2の発現は、浸透圧や塩分によって高度に誘導されたが、アブシジン酸（ABA）によってはわずかに誘導された。BpHOX2の過剰発現は浸透圧耐性を著しく改善したが、BpHOX2のノックダウンは浸透圧ストレスに対する感受性を増加させた。BpHOX2はピロリン-5-カルボン酸合成酵素(P5CS)、ペルオキシダーゼ(POD)、スーパーオキシドディスムターゼ(SOD)遺伝子の発現を誘導し、プロリンレベルと活性酸素消去能を向上させた。クロマチン免疫沈降法とRNA配列決定法を組み合わせて解析した結果、BpHOX2は脱水応答性エレメント"RCCGAC"、Myb-p結合ボックス"CCWACC"、および"AAGAAG"および"TACGTG"の配列を持つ2つの新規シス作用エレメント（それぞれHBS1およびHBS2）を含む少なくとも4つのシス作用エレメントに結合し、遺伝子発現を制御することが明らかになりました。その結果、BpHOX2は、異なるシス作用エレメントと結合して遺伝子発現を制御し、最終的にシラカバの浸透圧耐性を向上させる転写因子であることが示唆された。この論文は著作権で保護されています。すべての権利は留保されています。

The homeodomain-leucine zipper (HD-Zip) proteins play crucial roles in plant developmental and environmental responses. However, how they mediate gene expression to facilitate abiotic stress tolerance remains unknown. In the present study, we characterized BpHOX2 (encoding a HD-Zip I family protein) from birch (Betula platyphylla). BpHOX2 is predominately expressed in mature stems and leaves, but expressed at a low level in apical buds and roots, suggesting that it has tissue-specific characteristics. BpHOX2 expression was highly induced by osmotic and salt, but only slightly induced by abscisic acid (ABA). Overexpression of BpHOX2 markedly improved osmotic tolerance, while knockdown of BpHOX2 increased sensitivity to osmotic stress. BpHOX2 could induce the expression of pyrroline-5-carboxylate synthase (P5CS), peroxidase (POD), and superoxide dismutase (SOD) genes to improve proline levels and the reactive oxygen species (ROS) scavenging capability. Chromatin immunoprecipitation sequencing combined with RNA sequencing showed that BpHOX2 could bind to at least 4 cis-acting elements, including dehydration-responsive element "RCCGAC", Myb-p binding box "CCWACC", and two novel cis-acting elements with the sequences of "AAGAAG" and "TACGTG" (termed HBS1 and HBS2, respectively) to regulate gene expression. Our results suggested that BpHOX2 is a transcription factor that binds to different cis-acting elements to regulate gene expression, ultimately improving osmotic tolerance in birch. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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