Change of a conserved amino acid in the MYC2 and MYC3 transcription factors leads to release of JAZ repression and increased activity
- 作者
- Jonas Goossens, Gwen Swinnen, Robin Vanden Bossche, Laurens Pauwels, Alain Goossens
- 单位
- Department of Plant Systems Biology, Flanders Institute for Biotechnology (VIB), B-9052 Gent, Belgium; Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University, B-9052 Gent, Belgium
- 杂志
- New Phytologist（2015）
- DOI
- 10.1111/nph.13398
- 所属领域
- 植物分子生物学/植物信号转导
- 关键词
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解决的核心问题
解析茉莉酸（JA）信号通路中JAZ阻遏蛋白与MYC转录因子相互作用的机制和特异性，以及如何通过解除JAZ抑制来增强MYC转录因子活性。
研究策略
利用MYC3的显性突变体atr2D（D94N）和人工构建的MYC2点突变体D105N，通过酵母双杂交、定量β-半乳糖苷酶检测、烟草BY-2原生质体瞬时表达分析、qRT-PCR和种子萌发实验，系统评估突变对JAZ结合、转录激活活性及植物表型的影响。
核心内容
该研究解析了茉莉酸信号通路中MYC转录因子被JAZ阻遏蛋白抑制的分子机制。作者利用拟南芥显性突变体atr2D（MYC3 D94N）及人工构建的MYC2点突变体D105N，通过酵母双杂交、烟草BY-2原生质体瞬时表达、qRT-PCR及萌发实验系统评估突变效应。结果显示，MYC转录因子JID结构域中一个保守的天冬氨酸残基（D94/D105）对JAZ结合至关重要，突变为天冬酰胺后MYC2/MYC3丧失与绝大多数JAZ蛋白的互作，仅JAZ1和JAZ10因具有额外N端CMID结构域而保留显著减弱的残余互作。功能层面，D105N突变使MYC2在JAZ共表达下仍保持转录激活活性，而野生型被完全抑制；突变体植株中JA标记基因PDF1.2表达上调超20倍，MYC2D105N过表达株系中TAT3上调超250倍，并在0.1 μM ABA下表现出显著萌发抑制的ABA超敏感表型。该工作揭示了D→N单点突变即可解除JAZ阻遏产生超活性转录因子，该策略可推广至MYC同源物，为植物遗传工程改良提供了新思路。
创新点
发现MYC转录因子JID结构域中一个保守的天冬氨酸残基（D94/D105）对JAZ结合至关重要，该残基突变为天冬酰胺后可使MYC2/MYC3解除JAZ抑制、产生超活化转录因子；鉴定出JAZ1和JAZ10具有额外的N端MYC相互作用结构域（CMID），解释了部分残余互作。
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | MYC2 | MYC2 | 调控 | bHLH转录因子，JA信号核心调控因子 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | MYC2 | MYC2D105N | 调控 | 人工点突变体，第105位天冬氨酸突变为天冬酰胺，解除JAZ抑制 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | MYC3 | MYC3 (ATR2D) | 调控 | atr2D为D94N突变等位基因，导致解除JAZ抑制 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | JAZ1 | JAZ1 | 调控 | 含N端类Jas结构域（CMID），可结合MYC2D105N |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | JAZ10 | JAZ10 | 调控 | 含N端CMID和C端Jas结构域，CMID负责与MYC2D105N互作 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | COI1 | COI1 | 调控 | F-box蛋白，JA-Ile共受体，介导JAZ蛋白降解 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 茉莉酸信号通路 | NINJA | NINJA | 调控 | 接头蛋白，连接JAZ与共抑制子TOPLESS |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 脱落酸信号通路 | MYC2 | MYC2D105N | 调控 | MYC2参与ABA调控，D105N突变导致ABA超敏感表型 |
| Nicotiana tabacum BY-2 | 茉莉酸信号通路 | LOX3 | — | 催化 | 其启动子用于瞬时表达报告系统（pLOX3::fLUC），评估MYC2转录活性 |
关键发现
- atr2D（MYC3 D94N）突变使MYC3失去与大部分JAZ蛋白的互作，仅JAZ1和JAZ10残余互作且强度显著降低
- MYC2D105N在瞬时表达实验中，共表达JAZ时仍保留转录激活活性（与MYC2被完全抑制形成对比）
- atr2D突变体中PDF1.2表达上调>20倍，其他JA标记基因约2倍
- MYC2D105N过表达植株中TAT3表达上调>250倍
- 在0.1 μM ABA条件下，MYC2D105N过表达株系萌发率显著低于野生型，表现出ABA超敏感。
研究结论
将MYC转录因子JID中保守的天冬氨酸突变为天冬酰胺（D→N）可解除JAZ阻遏，产生超活性转录因子，该突变策略可转移到MYC2/MYC3同源物中，为植物遗传工程的设计提供新思路。