Science Signaling | 四川大学张大伟团队揭示转录因子HAT1调控植物免疫反应的新机制

植物作为固着生物，在漫长进化历程中演化出一套精细的生存策略——在没有病原菌侵染时，植物优先将资源分配于生长发育，同时抑制防御相关基因的表达。而当遭受病原菌侵染时，植物会优先启动一系列防御反应，更侧重抗病而暂缓生长进程。植物免疫反应的过度激活会造成不可忽视的生长潜力损失，导致作物产量下降。因此，植物需要适度调控免疫反应强度，以优化生长与抗病之间的能量分配。

近日，四川大学张大伟团队在Science Signaling以封面文章在线发表了题为Redox regulation of the transcription factor HAT1 limits basal defenses and promotes responses to infection inArabidopsis thaliana的研究论文，揭示了转录因子HAT1作为植物免疫“分子刹车”的新调控机制。

该研究发现油菜素内酯（BR）信号调控因子HAT1的过表达植株HAT1OX表现出较强的感病性，而HAT1功能缺失突变体hat1 hat2 hat3具有较强抗病性。通过互作蛋白筛选发现HAT1可以与水杨酸（SA）信号通路关键转录因子TGA3发生特异性互作。HAT1 作为一种氧化还原调控的转录因子，通过与核心免疫调控因子NPR1竞争性结合转录激活因子 TGA3，从而抑制免疫反应。在正常生长条件下，HAT1 第 196、202、242 和 245 位半胱氨酸发生氧化修饰，增强其与 TGA3 的结合亲和力，进而与 NPR1 竞争结合 TGA3，并将 TGA3 隔离于靶基因之外，维持免疫抑制状态。HAT1的氧化修饰位点在拟南芥绝大多数HD‑Zip II 蛋白中进化上高度保守，且均位于功能结构域内。在免疫激活过程中，SA通过诱导硫氧还蛋白 TRXh3 和 TRXh5 促进 HAT1 的还原，进而削弱HAT1与TGA3的相互作用。同时，SA 促进 NPR1 的还原并促使 NPR1‑TGA3复合物形成，从而激活防御基因的表达。这种氧化还原开关机制使植物能够通过对HAT1的可逆氧化还原修饰，动态调控TGA3的转录活性。该研究表明，HAT1‑TGA3模块能够在正常生长条件下维持较低的基础防御水平，并在病原菌侵染时适度激活防卫反应，避免免疫过度激活。

值得注意的是，该团队前期发现BR信号通路核心调控激酶BIN2磷酸化TGA3，促进其DNA结合能力和转录活性，激活植物免疫反应（The EMBO Journal, 2022, 41: e110682）。同时，BIN2磷酸化HAT1以维持其蛋白稳定性，从而调控生长素介导的植物生长（Plant Physiology, 2024, 197: kiae542）。BIN2 通过磷酸化HAT1与TGA3两种不同底物，实现对植物免疫反应的协同调控。一方面激活TGA3启动防御基因表达；另一方面促进HAT1蛋白稳定积累，为信号通路的适时终止做好准备。该机制使免疫反应既能快速启动，又自带 “刹车系统” 以适时终止反应，从而让植物可根据胁迫强度与持续时间动态分配能量资源。BIN2与HAT1在SA和BR信号通路中的双重作用也表明这两种激素在多个层面共同调控植物的生长发育与免疫应答。

图1 HAT1‑TGA3 模块调控植物免疫反应的分子机制图

四川大学已毕业博士生赵雨晴为论文第一作者，四川大学在读博士生魏凡和劳家鸿为论文的共同第一作者，四川大学张大伟教授为论文通讯作者。在读博士研究生郭东北，硕士研究生张培怡、赵恬月，四川大学林宏辉教授和韩青实验师参与了相关工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、四川省科技计划项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.aea8478