Plant Physiol | 中科院南京土壤所沈仁芳团队发现细胞壁响应铝胁迫的上游调控机制

铝毒是酸性土壤中限制作物产量的关键因素之一，酸性土壤中微摩尔浓度的铝就可以迅速抑制植物的根伸长以抑制其对水分和养分的吸收(Kochian et al., 2015)。近年来，越来越多的证据表明拟南芥细胞壁在抵御铝胁迫的过程中起着重要作用，以XYLOGLUCANENDOTRANSGLUCOSYLASE/HYDROLASE 31 (XTH31)，XHT17与TRICHOME BIREFRINGENCE-LIKE27 (TBL27)这些和木葡聚糖含量和O-乙酰化修饰相关的基因为主 (Zhu et al., 2012; 2014a; Zhu et al., 2014b)，然而对这些细胞壁相关基因的上游调控机制目前尚不清楚。

近日，中国科学院南京土壤研究所沈仁芳研究员团队在Plant Physiology在线发表了题为“ANAC017 regulates aluminium resistance by regulating the expression of XTH31 in Arabidopsis thaliana”的研究论文，阐明了转录因子ANAC017通过作用于XTH31上游，从而调控拟南芥对铝毒害的抗性。

该研究中，作者发现ANAC017转录水平和蛋白水平均受到铝胁迫的抑制，且与野生型Col-0相比，ANAC017基因功能缺失的突变体对Al的抗性显著增强，根系与细胞壁的Al含量，以及半纤维素和木葡聚糖含量均显著降低。进一步通过酵母单杂交、实时荧光定量PCR、双荧光素酶实验和ChIP-qPCR分析发现，ANAC017通过直接结合XTH31的启动子正向调控XTH31的表达，且在anac017突变体背景下过表达XTH31可以恢复其原来的抗Al表型到野生型水平，表明转录因子ANAC017确实是通过作用于XTH31的上游，从而调控拟南芥的铝抗性 (图1)，进一步丰富了植物细胞壁响应铝胁迫的基因调控网络。

图1：ANAC017通过正调控XTH31参与拟南芥对铝胁迫的响应

中国科学院南京土壤研究所朱晓芳副研究员为论文的通讯作者，沈仁芳研究员参与了指导研究。中国科学院南京土壤研究所博士生陶烨和四川农业大学博士后万江雪为论文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金项目，中国科学院青年创新促进会项目和江苏省杰出青年基金的资助。

参考文献：

Kochian LV, Pineros MA, Liu J, Magalhaes JV (2015) Plant adaptation to acid soils: The molecular basis for crop Al resistance. Ann Rev Plant Biol 66:571–598

Zhu XF, Shi YZ, Lei GJ, Fry SC, Zhang BC, Zhou YH, Braam J, Jiang T, Xu XY, Mao CZ, et al. (2012) XTH31, encoding an in vitro XEH/XET-active enzyme, regulates Al sensitivity by modulating in vivo XET Action, cell wall xyloglucan content, and Al binding capacity in Arabidopsis. Plant Cell 24:4731–4747

Zhu XF, Wan JX, Sun Y, Shi YZ, Braam J, Li GX, Zheng SJ (2014a) Xyloglucan endotransglucosylase-hydrolase17 interacts with xyloglucan endotransglucosylase-hydrolase31 to confer xyloglucan endotransglucosylase action and affect aluminum sensitivity in Arabidopsis. Plant Physiol 165:1566–1574

Zhu XF, Sun Y, Zhang BC , Mansoori N, Wan JX, Liu Y, Wang ZW, Shi YZ, Zhou YH, Zheng SJ (2014b) Trichome birefringence-like27 affects aluminum sensitivity by modulating the o-acetylation of xyloglucan and aluminum-binding capacity in Arabidopsis. Plant Physiol 166:181–189

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac197