2024年12月17日，华南农业大学园艺学院曹必好教授团队在Plant, Cell & Environment（中科院一区Top期刊，影响因子7.6）在线发表了题为SmHSFA8 enhances the heat tolerance of eggplant by regulating the SmEGY3-SmCSD1 module and promoting SmF3H-mediated flavonoid biosynthesis的研究论文。该文章借助DAP-seq技术探究了SmHSFA8通过调控SmEGY3-SmCSD1模块和SmF3H介导的类黄酮生物合成提高茄子耐热性的分子机制。
研究背景
茄子的幼苗、花器官和果实均会受到高温胁迫的影响。高温胁迫严重影响了茄子的生长发育、生产以及商品价值。然而，关于茄子耐热调控的分子机理尚不清晰。该团队前期筛选和鉴定了耐热型和热敏型茄子材料，分析了它们在高温胁迫下生理生化的差异；对高温胁迫下耐热型和热敏型茄子材料进行了转录组测序分析，筛选和鉴定出候选高温响应基因SmEGY3；并探究了SmEGY3-SmCSD1模块在茄子调控耐热中的分子机制。
研究结果
以SmEGY3作为诱饵蛋白，通过酵母双杂交（Y2H）实验筛选到了热激转录因子 SmHSFA8，并通过荧光素酶互补成像（LCI）和双分子荧光互补（BiFC）等实验证实 SmHSFA8 与 SmEGY3 相互作用。此外，酵母单杂交（Y1H）、凝胶迁移实验（EMSA）和双荧光素酶报告（DLR）实验表明 SmHSFA8 可结合 SmEGY3 启动子并激活其表达，且两者相互作用增强了 SmEGY3 对 SmCSD1 的激活功能。这些结果表明 SmHSFA8 可能参与调控茄子的耐热性。
通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）和过表达实验，结果表明SmHSFA8正调控茄子的耐热性。
图1 SmHSFA8与SmEGY3的互作及活性分析
图2 SmHSFA8正调控植物的耐热性
为了阐明 SmHSFA8 调控茄子耐热性的分子机制，作者进行了DAP - Seq实验。基于两次重复，共鉴定出2272个SmHSFA8 结合峰，其中12.59% 位于靶基因的启动子区域，有286个基因。使用 Meme-ChIP鉴定出六个具有高可信度的motif，这些motif可能是 SmHSFA8 的结合位点，其中基序3和6的序列与HSFs 结合位点的典型基序HSEs高度相似，并找到了SmHSPs基因：SmHSP70、SmHSP70B和SmHSP21。KEGG分析显示SmHSFA8 的靶基因参与多个代谢过程，如类黄酮生物合成，SmF3H同样参与类黄酮生物合成过程。经过HTT（高温处理）后，SmHSP70B、SmHSP21和SmF3H在耐热茄子品系中的表达量高于热敏茄子品系。
图3 使用DAP – Seq技术鉴定SmHSFA8在全基因组的结合位点
凝胶迁移实验（EMSA）、酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶报告（DLR）等实验结果表明，SmHSP21、SmHSP70、SmHSP70B和SmF3H是SmHSFA8的下游靶基因。SmHSFA8能调控茄子中SmHSPs和SmF3H基因的表达以及类黄酮的生物合成。通过VIGS沉默SmF3H降低了茄子的类黄酮含量和耐热性，此外，外源类黄酮处理减轻了HTS对茄子的损害。
图4 SmHSFA8结合SmHSP70、SmHSP70B、SmHSP21启动子并激活其表达
图5 SmHSFA8调控植物F3H表达和类黄酮含量
研究结果与结论
SmHSFA8是茄子耐热性的重要调节因子。在高温胁迫下，SmHSFA8基因上调表达；随后，SmHSFA8激活SmHSPs基因的表达，介导SmEGY3-SmCSD1模块和促进SmF3H介导的类黄酮生物合成，进而调控茄子的耐热性。本研究为开展茄子抗逆分子育种和选育茄子耐热材料提供有用的基因资源和理论依据。
图6 SmHSFA8调控茄子耐热性的工作模式
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