2月14日，The Plant Cell在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究組題為ABA-induced Phosphorylation of basic Leucine Zipper 29, ABSCISIC ACID INSENSITIVE 19 and Opaque2 by SnRK2.2 Enhances Gene Transactivation for Endosperm Filling in Maize的研究論文。該團隊去年發現了第一個調控玉米灌漿起始的核心轉錄因子ZmABI19（Yang, et al., Plant Cell, 2021）。在此基礎上，研究人員發現了調控該過程的第二個關鍵轉錄因子ZmbZIP29，并闡明了ABA信號對玉米胚乳灌漿的生物學功能。

 

　　在ZmABI19的工作中，他們發現ZmABI19直接調控胚乳灌漿核心轉錄因子O2，以及其他多個胚乳特異表達的灌漿調控轉錄因子（Pbf1, ZmbZIP22, O11, NAC130等），胚乳基底轉運層定位的糖轉運蛋白基因SWEET4c。另外，ZmABI19還直接調控胚發育與盾片儲藏物質合成的核心轉錄因子Vp1以及多個植物激素相關因子。以上研究表明ZmABI19是協同籽粒早期發育與灌漿起始的核心轉錄因子。然而，灌漿起始調控還有哪些因子參與以及受到哪些信號調控還很不清楚。

 

　　研究團隊發現灌漿起始時，胚乳中ABA激素含量迅速上升。體外培養野生型胚乳時，適量ABA會促進O2表達。同時他們發現，ABA也可增強ZmABI19對O2的轉錄激活。然而，當把zmabi19突變體胚乳用ABA處理后，發現O2仍然可以響應ABA信號，說明除了ZmABI19，還存在其他能響應ABA信號的轉錄因子調控O2表達。前期研究發現O2啟動子起始密碼子上游400-500 bp為O2轉錄活性的關鍵區域。在該區域中除了ZmABI19識別的兩個RY元件外，存在一個響應ABA信號的ABRE元件。ABRE元件可被bZIP家族的轉錄因子結合。玉米基因組有128個bZIP轉錄因子，其中83個bZIP轉錄因子可在種子中表達。通過公共數據庫中的RNA-seq數據進行共表達分析，發現只有ZmbZIP29的表達模式與ZmABI19高度一致，因此該轉錄因子被選為候選研究對象。

 

　　通過一系列分子與生化實驗，研究人員證實了ZmbZIP29可識別并激活O2表達。ZmbZIP29與ZmABI19蛋白互作并協同增強O2表達。ABA可進一步增強其協同激活能力，說明ZmbZIP29和ZmABI19均是響應ABA信號的胚乳灌漿起始重要轉錄因子。類似zmabi19突變體，ZmbZIP29突變后O2表達水平以及儲藏蛋白含量明顯下降。相比zmbzip29和zmabi19突變體，zmbzip29;zmabi19雙突變體籽粒缺陷更為嚴重，蛋白含量下降更多。此外，在胚乳灌漿期過表達ZmbZIP29和ZmABI19可增加籽粒蛋白含量和百粒重。

 

　　那么，ABA是如何增強ZmbZIP29和ZmABI19的轉錄激活能力的呢？研究人員發現蛋白激酶SnRK2.2可以與這兩個轉錄因子互作，ABA能通過SnRK2.2對ZmbZIP29和ZmABI19進行磷酸化，進而增強了它們的轉錄激活能力，同時他們發現ABA也可以誘導SnRK2.2磷酸化O2轉錄因子本身，從而促進O2對自身以及下游基因的轉錄激活能力。通過液相色譜-質譜聯用分析，研究人員發現ZmbZIP29的T75、ZmABI19的T57和O2的T387受到了SnRK2.2的磷酸化修飾。

 

　　該研究闡明了ABA信號促進籽粒灌漿的分子機理，即通過SnRK2.2磷酸化兩個關鍵灌漿起始因子ZmbZIP29和ZmABI19以及灌漿核心調控因子O2，啟動和促進灌漿進程。

 

　　相關研究工作得到了中科院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金項目的資助。