拟南芥组蛋白HIS1-3与WRKY1互作调控盐胁迫响应的分子机理

Linker histone H1 has been shown to play an important role in chromatin remodeling and the expression of the genes. However, it is unclear whether H1 is involved in regulating the response of plants to salt stress. In our previous studies, we found that loss-of-function of HIS1-3 gene encoding a structurally divergent histone linker H1 resulted in enhanced salt stress tolerance and increased transcript levels of SOS1 and SOS3 in Arabidopsis, suggesting that HIS1-3 is involved in regulating of salt stress tolerance by affecting the transcript levels of SOS1 and SOS3. Moreover, we preliminarily demonstrated that HIS1-3 interacted with WRKY1 using yeast two hybrid assays, and found that loss-of-function of WRKY1 resulted in enhanced salt stress sensitivity. We also found that the promoters of SOS1 and SOS3 genes contain w-box as the binding site for WRKY transcription factors by bioinformatics anaylsis, implying that SOS1 and SOS3 might be the direct targets of WRKY1. In this work, we will further confirm that the interaction between WRKY1 and HIS1-3, and study the function of WRKY1 in regulating the expression of the downstream genes SOS1 and SOS3, and uncover the molecular mechanisms mediated by the interation between HIS1-3 and WRKY1 in response to salt stress.

连接组蛋白H1在染色体重塑和基因表达调控中具有重要的调节作用，然而其在植物响应盐胁迫中的作用尚不清楚。在前期研究中，我们发现HIS1-3基因功能缺失导致植株对盐胁迫耐受，且盐胁迫相关基因SOS1和SOS3的转录水平显著增加，表明HIS1-3可能通过调节SOS1和SOS3转录水平来调控植物盐胁迫响应。此外，酵母双杂技术初步证实HIS1-3与WRKY1之间存在互作，并且WRKY1基因功能缺失的突变体wrky1-1、wrky1-2对盐胁迫表现敏感。生物信息学分析发现SOS1和SOS3的启动子部位含有WRKY转录因子特异性结合的顺式作用元件w-box，暗示WRKY1可能直接调节SOS1和SOS3转录。本项目拟进一步证实HIS1-3与WRKY1互作，研究转录因子WRKY1对靶基因SOS1和SOS3转录的直接调节作用，阐明HIS1-3与WRKY1互作在植物盐胁迫响应中的调控机理。

连接组蛋白H1在染色体重塑和基因表达调控中具有重要的调节作用，然而其在植物响应盐胁迫中的作用尚不清楚。在研究中，我们发现HIS1-3基因功能缺失导致植株对盐胁迫耐受，而过表达植株对盐胁迫敏感。钠钾含量检测结果显示突变体中钠离子含量比WT低，而过表达植株中含量比WT高，且突变体中盐胁迫相关基因SOS1和SOS2的转录水平显著增加，过表达植株中表达量降低，这些结果表明HIS1-3可能通过调节SOS1和SOS2转录水平来调控植物盐胁迫响应。此外，WRKY1基因功能缺失的突变体wrky1-1、wrky1-2对盐胁迫表现敏感，而过表达植株对盐胁迫耐受。通过生物信息学分析我们发现SOS1、SOS2和SOS3的启动子部位均含有WRKY转录因子特异性结合的顺式作用元件w-box，qRT-PCR结果显示突变体中盐胁迫相关基因SOS1，SOS2和SOS3的转录水平显著降低，过表达植株中表达量升高。烟草瞬时表达系统分析的结果说明发现WRKY1可以激活SOS1，SOS2和SOS3的转录活性，而HIS1-3能够抑制WRKY1对SOS1和SOS2基因表达的激活。通过染色质免疫共沉淀的方法发现HIS1-3可以直接结合到SOS1和SOS2的启动子上，说明HIS1-3通过直接结合到SOS1和SOS2的启动子上，进行转录负调控。同样，我们发现WRKY1也直接结合到SOS1，SOS2和SOS3的启动子上，从而正调控SOS1，SOS2和SOS3基因的转录活性。同时，遗传学实验表明盐胁迫条件下，双突变体his1-3wrky1生长发育情况与WT相近。综上所述，在正常生理条件下，HIS1-3蛋白结合在SOS1和SOS2启动子序列的w-box上，占据了WRKY1与 SOS1和SOS2基因启动子结合的结合位点，从而抑制这两个蛋白的表达；而在盐胁迫条件下，HIS1-3蛋白表达量降低，SOS1、SOS2和SOS3启动子序列的w-box暴露出来，随后WRKY1蛋白与之直接结合，激活基因的表达，进而调节植株体内的钠钾平衡，从而响应盐胁迫。