陕西
土壤盐渍化严重影响农作物生长和发育，造成产量和品质下降。我国盐碱地面积居世界第三，面积余约为9,913万公顷，约占世界盐渍土总面积的10%，我国每年因土壤盐渍化造成的直接经济损失超过百亿。因此，研究植物的抗盐机理，对提高作物耐盐能力进而保障国家粮食安全具有重要意义。植物Salt Overly Sensitive(SOS) 通路的建立在植物抗盐研究中具有里程碑式的意义，其中的SOS1蛋白是一种钠氢逆向转运体，能够将细胞内过多的钠离子泵出细胞外，对植物的耐盐性非常重要。目前，关于SOS3/SOS2激酶介导SOS1及其他蛋白磷酸化的研究已经非常系统和深入，但对SOS1转录调节机制的研究还比较少。
近日，河南大学生命科学学院/作物逆境适应与改良国家重点实验室刘文成教授团队联合华中师范大学生命科学学院/农药与化学生物学教育部重点实验室任峰教授团队在
Developmental Cell杂志在线发表了题为A transcriptional recognition site within SOS1 coding region controls salt tolerance in Arabidopsis的研究论文，鉴定到一个位于基因编码区控制 SOS1 转录的关键顺式作用元件AuxRE（Auxin-Response Element），并发现转录因子ARF7和ARF19通过结合该元件激活 SOS1 表达从而赋予植物耐盐性。
该研究发现，拟南芥ARF7和ARF19转录因子的突变体对盐胁迫敏感，盐胁迫下arf7arf19突变体中的SOS1表达量降低而钠离子含量升高。有趣的是，ARF7和ARF19并不显著结合SOS1的启动子，而是通过结合SOS1编码区第一个外显子上的AuxRE来激活SOS1转录。此外，一个RING类型的E3泛素连接酶CHYR1能够泛素化修饰并促进ARF7和ARF19蛋白的降解，从而抑制SOS1表达和植物的耐盐性。高盐条件下，植物CHYR1的表达受到抑制，ARF7和ARF19蛋白稳定性提高，最终增强SOS1表达和植物的耐盐性。
综上，该研究发现了一个位于SOS1编码区并受ARF7和ARF19识别的关键转录顺式作用元件，并阐明了植物盐胁迫响应过程中ARF7和ARF19蛋白稳定性和SOS1表达的调控机制，为进一步理解植物耐盐机理提供了新的视角。
华中师范大学在读博士生吕凯凯为本文第一作者，华中师范大学任峰教授和河南大学刘文成教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、面上项目和河南省自然科学基金等项目的资助。河南大学宋纯鹏教授、武汉大学吕应堂教授、美国德克萨斯理工大学施华中教授、中国农业大学郭岩教授和西北农林科技大学郑远教授为本论文提供了指导、帮助或植物材料。
刘文成教授长期从事植物逆境生物学研究，重点关注活性氧和中介复合体在植物抗逆中的作用和机制，取得了一系列研究成果：（1）揭示了中介复合体亚基CycC1;1通过阻碍RNA聚合酶II招募到SOS1基因启动子从而负调控植物盐胁迫抗性的机制 (Lu et al., 2023 Plant Cell)；（2）发现了CycC1;1与ABI5转录因子互作形成转录抑制复合体减弱植物对ABA的应答 (Guo et al., 2022 Plant Physiology)；（3）阐明了SNX1与SOS1互作并影响其蛋白稳定性和质膜定位从而正调控植物盐胁迫抗性的机制 (Song et al., 2024 Plant Physiology)；（4）证实了冷胁迫诱导产生的H2O2可作为信号分子激活胁迫应答基因表达提高植物抗寒性 (Liu et al., 2022 Developmental Cell)。该系列研究为作物抗逆分子育种提供了重要理论依据。
参考文献：
1. Guo JX, Song RF, Lu KK, Zhang Y, Chen HH, Zuo JX, Li TT, Li XF, Liu WC. CycC1;1 negatively modulates ABA signaling by interacting with and inhibiting ABI5 during seed germination. Plant Physiol. 2022 Nov 28;190(4):2812-2827.
2. Liu WC, Song RF, Qiu YM, Zheng SQ, Li TT, Wu Y, Song CP, Lu YT, Yuan HM. Sulfenylation of ENOLASE2 facilitates H2O2-conferred freezing tolerance in Arabidopsis. Dev Cell. 2022 Aug 8;57(15):1883-1898.
3. Lu KK, Song RF, Guo JX, Zhang Y, Zuo JX, Chen HH, Liao CY, Hu XY, Ren F, Lu YT, Liu WC. CycC1;1-WRKY75 complex-mediated transcriptional regulation of SOS1 controls salt stress tolerance in Arabidopsis. Plant Cell. 2023 Jun 26;35(7):2570-2591.
4. Song RF, Liao CY, Wang LF, Lu KK, Zhang C, Wu RX, Wu JX, Ma YQ, Kuang L, Guo N, Yuan HM, Liu WC. SORTING NEXIN1 facilitates SALT OVERLY SENSITIVE1 protein accumulation to enhance salt tolerance in Arabidopsis. Plant Physiol. 2024 Dec 23;197(1):kiae633.
论文链接：
https://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-5807(25)00321-1
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