2022年8月5日，扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室、粮食作物现代产业技术协同创新中心的联合研究成果在线发表在知名学术期刊The Plant Cell上，文章题目为“Phytochrome interacting factor regulates stomatal aperture by coordinating red light and abscisic acid”。该期刊的影响因子为12.085。本研究使用DAP-seq技术发现水稻OsPIL15转录因子靶向OsABI5，进一步研究表明，OsPIL15与OsHHO3相互作用促进OsABI5的转录，揭示了PIFs在红光介导的气孔开放中发挥作用的分子机制，证明了PIFs通过协调红光和ABA信号传导来调节气孔运动。
植物通过气孔运动来响应环境的变化。气孔运动是协调光合作用和蒸腾作用的关键生理过程。蓝光和红光可以影响气孔运动。蓝光受体介导的蓝光对气孔运动的调控机制已被广泛研究，但红光受体光敏色素(phys)介导的气孔运动调控途径尚不清楚。植物光敏色素互作因子(PIF)作为phys的下游蛋白，可以直接与phys相互作用，并作为光反应的负调控因子。PIF和PIF-like(PIL)蛋白参与植物的生长发育，作为细胞信号枢纽协调转录调控网络。然而，PIFs在调节气孔运动的作用机制还不清楚。
在水稻中，PIF家族基因OsPIL15是否参与了气孔运动的调节？可能的机制是什么？对OsPIL15的过表达与敲除突变体的表型进行分析发现，OsPIL15通过负调控气孔开度来降低叶片的蒸腾速率。进一步研究发现OsPIL15参与ABA诱导的气孔关闭。通过DNA亲和纯化测序(DAP-seq)分析发现OsABI5是OsPIL15的潜在靶基因，并且OsABI5启动子区的PBE-box是OsPIL15的结合位点。双荧光素酶(Dual-Luc)报告实验、电泳迁移测定(EMSA)实验、OsABI5突变体的表型实验进一步验证了DAP-seq的结果。之后，使用酵母双杂交筛选到OsHHO3是OsPIL15的互作蛋白，并且通过双分子荧光互补实验、体外Pull-Down实验证实了OsHHO3与OsPIL15的相互作用。进一步研究发现，OsHHO3通过与OsPIL15互作，促进OsPIL15与OsABI5启动子区域的结合，进而增强OsABI5的转录，调节气孔开度和叶片蒸腾速率。此外，研究还发现玉米中，与水稻OsPIL15同源的ZmPIF1和ZmPIF3也具有调节玉米气孔开度的功能，这表明PIFs介导的气孔开度调控机制在植物中可能是保守的。
图1. OsPIL15负调控水稻的蒸腾作用。
图2. OsABI5 是OsPIL15的直接靶基因。
图3. OsPIL15 的作用机制模式图。
本文总结
本研究发现了水稻PIF转录因子OsPIL15与OsHHO3相互作用促进水稻OsABI5的转录。OsPIL15是调控ABA信号转导的关键转录因子，通过与OsABI5启动子的PBE-box基序结合调控气孔开度。此外，与水稻OsPIL15同源的玉米PIF家族基因ZmPIF1和ZmPIF3也负调控玉米的气孔开度，表明PIF介导的气孔开度调控机制在植物中可能是保守的。本研究揭示了PIFs在红光介导的气孔开放中发挥作用的分子机制，并证明了PIFs可以通过协调红光和ABA信号传导来调节气孔开度，同时也为作物抗旱育种研究提供了一条新思路。
蓝景科信河北生物科技有限公司为作者提供了DAP-seq技术支持。
