BHLH转录因子HBI1调控植物生长和免疫抗病动态平衡的分子机制研究

Plants need to finely balance resources allocated to growth and immunity to achieve optimal fitness. The trade-off between growth and immunity are crucial for high yield and disease resistance of crops. Recently our research results showed that bHLH transcription factor HBI1 antagonistically regulate the growth and immunity. Plant growth-promoting hormones Auxin, GA and BR enhanced the HBI1 activity through the PRE-IBH1-HBI1 tripartite HLH/bHLH cascade, whereas PAMPs repressed HBI1 transcription with unknown mechanisms. HBI1 integrates the hormonal and environmental signals to regulate the tradeoff between growth and immunity. In order to systemically investigate the functions of HBI1, we will screen and functional study of HBI1-interacting proteins, and the downstream of HBI1-binding and -regulating target genes. Our long-time goal is to define the molecular mechanisms by which HBI1-regulating network integrates multiple signals to regulate the trade-off between plant growth and immunity, and provides some new tools for breeding high-yield and disease resistance crops.

植物生长和免疫抗病的平衡是作物增产抗病的关键，解析其分子调控机理对培育高产抗病的作物品种具有巨大的指导意义。申请人前期的研究工作显示bHLH转录因子HBI1在调控植物生长和免疫抗病的平衡中起着关键的调控作用。植物生长信号包括生长素，赤霉素和油菜素内酯在蛋白水平上通过一个HLH/bHLH的拮抗传递链来激活HBI1，而病原菌可以在转录水平上抑制HBI1的活性。通过调控HBI1的活性，植物十分精确的整合了内外源信号，实现了植物生长和免疫的动态平衡。但HBI1如何动态调节植物生长和免疫平衡的分子机制并不是很清楚。在本项目中申请人围绕“植物生长和免疫平衡调控的分子机理”这一关键科学问题，以HBI1的功能研究为切入口，通过系统研究HBI1的互作蛋白和HBI1下游靶基因的功能研究，来逐步阐明HBI1整合内外源信号调控植物生长和免疫抗病动态平衡，进而为我们下一步高产抗病育种提供扎实的理论基础和技术保障。

植物生长和免疫抗病的动态平衡是植物高产抗病的关键，如何保证植物在抗病的同时还能高产是国际植物学研究的重点。植物甾醇类激素油菜素内脂（Brassinosteroid, BR）在植物生长和免疫抗病中起着关键的调控作用，但其分子机制目前还不是很清楚。转录因子HBI1是植物生长和免疫调控的一个关键节点，BR在蛋白水平上通过一个HLH/bHLH的拮抗传递链来激活HBI1，而病原菌可以在转录水平上抑制HBI1的活性。为进一步了解HBI1调控植物生长和免疫抗病动态平衡的分子机制，我们对HBI1调控的下游基因进行了深入分析。在本项目中我们发现HBI1能诱导一个bZIP类转录因子HRT3的表达，促进气孔开放，使得植物免疫能力降低。HRT3能与BR信号转导的关键因子BZR1相结合，协同促进气孔中β-淀粉酶1(BAM1)的表达来诱导淀粉的降解，促进气孔开放。过氧化氢（Hydrogen peroxide, H2O2）作为植物体内关键的活性氧信号能诱导BZR1发生氧化修饰，促进HRT3与BZR1的相互作用，诱导BAM1表达，进而促进气孔中淀粉的降解，从而诱导气孔开放。植物体内BR和H2O2含量降低都会导致植物气孔中淀粉增加，气孔开度减小。这项研究加深了我们对BR调控植物生长和免疫抗病平衡调控分子机理的认识，为我们下一步更科学、合理、有效的利用BR来调控作物生长和增强抗病性提供了理论基础，同时为下一步培育高产抗病的作物品种提供了技术支撑。