Plant Physiol. | 一个盐胁迫下负调控种子萌发的关键转录因子：CAMTA6

植物种子的萌发过程受到多种环境因素的影响，比如外源 Na⁺和ABA会抑制种子的萌发，而 Ca²⁺ 的添加能够缓解盐害对种子萌发的胁迫【1-3】。然而，ABA和 Ca²⁺ 信号通路调控Na⁺的转运蛋白以实现 Na⁺ 的稳态平衡的分子机制还有待进一步解析。

近日，来自以色列特拉维夫大学的 Doron Shkolnik 等在 Plant Physiology 杂志上发表了题为 CALMODULIN-BINDING TRANSCRIPTION ACTIVATOR 6: A key regulator of Na⁺ homeostasis during germination 的论文。该研究鉴定了一个盐胁迫条件下负调控种子萌发的关键蛋白CAMTA6。

在该研究中，表型分析显示，野生型拟南芥种子在含有 200 mM 的 NaCl 培养基上的萌发率仅为1.7%左右，而CAMTA6的功能缺失突变体种子在相同条件下的萌发率高达30.3～46.3% (见图1)，相应的是突变体中 Na⁺的含量比野生型的要低。将CAMTA6pro:CAMTA6-EGFP载体转入到突变体中使其对NaCl的敏感性恢复至与野生型一致。这些结果表明，CAMTA6是盐胁迫条件下拟南芥种子萌发的负调控因子。

图1. camta6 突变体种子在盐胁迫条件下的萌发率增加

在拟南芥盐胁迫条件下行使重要功能的Na⁺/K⁺转运蛋白AtHKT1;1能使导管中的Na⁺回流到根系中，从而减少其从根系向地上部分的运输，可保障拟南芥植株在含有一定浓度Na⁺的条件下正常生长【4,5】。本研究发现，而camta6 hkt1双突变体种子在NaCl条件下的萌发率与野生型一致，说明AtHKT1;1是camta6突变体种子萌发对盐胁迫的不敏感特性所必需的。尽管CAMTA6突变体中AtHKT1;1的表达不再受NaCl和ABA诱导，但是其表达模式发生了改变，只局限在胚根处，而不是野生型中除根尖和茎尖生长点外的其它组织。

外源添加 Ca²⁺ 能够显著提高野生型种子萌发过程中对盐害的耐性，而 Ca²⁺ 螯合剂EGTA的加入能抑制CAMTA6的功能缺失突变体在盐胁迫条件下的萌发率。而在有1.5 或 2 µM ABA的条件下，CAMTA6的功能缺失突变体仍能保持比对照更高的萌发率。CAMTA6在种子萌发过程中的表达丰度也受NaCl和ABA的诱导。这些结果表明，CAMTA6的功能可能与 Ca²⁺ 和ABA相关。

转录组测序发现，野生型拟南芥种子在萌发过程中有1020个基因受盐胁迫上调，而有1467个基因下调，其中62%和84%的基因表达量的上升和下降受CAMTA6的直接或间接调控。很多已报道的与盐胁迫相关关键基因，比如SOS1，NHX1，ABI5，DREB19等的表达模式在camta6中都发生了改变。对这些差异表达基因的启动子区域进行生物信息学分析，发现与ABA响应相关的顺式元件CACGTGTC占有绝对优势地位，而已知的CAMTA结合结构域 (A/CCGCGG/C/T)仅在约20%左右的差异表达的转录因子中富集。以上结果表明，CAMTA6可能通过ABA通路调控种子萌发过程中对盐胁迫的响应，也可通过控制其它转录因子表达模式的方式进而协调下游基因参与对盐胁迫的响应。

综上，该研究报道了一个盐胁迫条件下调控种子萌发的关键转录因子——CAMTA6，并鉴定出了一大批受其调控参与到盐胁迫及种子萌发的下游基因，为后续的研究提供了很多可参考的信息。 

参考文献：

[1] Nakashima K and Yamaguchi-Shinozaki K (2013) ABA signaling in stress-response and seed development. Plant Cell Rep 32: 959–970.

[2] Kent LM and Läuchli A (1985) Germination and seedling growth of cotton: salinity‐calcium interactions. Plant Cell Environ 8: 155–159.

[3] Bliss RD et al. (1986) Osmotic sensitivity in relation to salt sensitivity in germinating barley seeds. Plant Cell Environ. 9: 721–725.

[4] Davenport RJ et al. (2007) The Na⁺ transporter AtHKT1;1 controls retrieval of Na⁺ from the xylem in Arabidopsis. Plant Cell Environ. 30: 497–507. 

[5] Sunarpi et al. (2005) Enhanced salt tolerance mediated by AtHKT1 transporter-induced Na unloading from xylem vessels to xylem parenchyma cells. Plant J. 2005;44: 928–938. 

原文链接：

https://doi.org/10.1104/pp.19.00119