在植物生命活动的调控过程中转录因子作为核心的调控因子影响下游基因的表达从而参与植物生长发育、激素信号转导及胁迫响应等多个过程。长期以来转录因子被简单地分成“转录抑制因子”和“转录激活因子”两类然而越来越多的研究证明转录因子的功能呈现出高度动态性而非固定不变。同一个转录因子在调控不同靶基因时可能会出现不同甚至完全相反的功能。小远在日常解答问题时也会收到了一些老师的疑问“为什么转录因子活性分析证明其是转录激活因子但是却抑制下游基因表达呢”“为什么转录因子有转录活性EMSA实验也证明其和下游基因的顺式作用元件是结合的但是双荧光素酶报告基因实验Dual-LUC不调控呢”。实际上转录因子本身的转录活性是其固有属性结合能力不等于调控能力其对下游靶基因的调控还受到翻译后修饰、互作蛋白、染色质状态等多个因素的影响。小远在之前的推文“新视角下的转录因子与启动子互作”中介绍了相关的影响因素那今天呢小远主要聚焦于转录因子调控能力的双向转变一起来看看吧。原因一翻译后修饰翻译后修饰post-translational modifications, PTMs作为调节蛋白功能的重要方式在转录因子活性转换过程中发挥着关键作用。不同类型的PTMs可以通过改变转录因子的蛋白构象、稳定性、亚细胞定位、DNA结合能力以及蛋白互作网络重新定义其转录调控模式。R2R3-MYB转录因子的第四亚组成员Sg4是苯丙烷途径与木质素合成通路中公认的抑制因子(Cavallini et al., 2015)除N端的R2和R3结构域外其还包含多个保守结构域其中C端的C2结构域含有的EAR基序是MYB4介导转录抑制的关键基序之一C1结构域包含关键基序GIPD。当C2结构域存在时C1结构域的激活功能受到抑制(Shen et al., 2012)。2025年1月安徽农业大学高丽萍课题组联合夏涛课题组在Horticultural Plant Journal杂志上发表了一篇题为“Phosphorylation modification reverses the transcriptional inhibitory activity of CsMYB4a in tea plants (Camellia sinensis)”的研究论文作者分析得到了茶树CsMYB4a蛋白的C2结构域上的Ser181位点是其发生磷酸化修饰的位点并通过荧光素酶互补实验Split-Luc、免疫共沉淀实验Co-IP及体内磷酸化实验验证了CsMPK3-2与CsMYB4a之间的相互作用且特异性地磷酸化CsMYB4a的C2结构域Ser181位点。随后作者构建了持续模拟磷酸化突变体CsMYB4aS181D并通过茶树瞬时表达体系开展功能验证发现CsMPK3-2介导的磷酸化修饰大大削弱了CsMYB4a对苯丙烷合成关键酶基因的转录抑制作用该调控模式与拟南芥AtMYB4经磷酸化后抑制活性增强的机制截然相反是一种全新的调控方式。随后作者对CsMYB4a转基因植物和野生型植株进行了转录组测序筛选得到了差异表达基因YAB5并通过GFP报告基因瞬时转化烟草叶片证明含有C1结构域的Cs4aC1能够激活YAB5启动子而含有C2结构域的Cs4aC2则不能。两种磷酸化模拟突变体Cs4aS4D和Cs4aS181D均表现出激活活性而两种磷酸化缺失突变体Cs4aS4A 和 Cs4aS181A均不具有激活活性且共表达CsMPK3-2和CsMYB4a可激活YAB5启动子表达Cs4aS4A和MPK3-2共表达可微弱地启动YAB5表达而Cs4aS181A则不能图1。以上结果说明C1结构域具有转录激活活性而C2结构域的存在抑制了C1结构域的转录激活且磷酸化修饰会改变CsMYB4a的转录活性。图1 CsMYB4a对NtYAB5的调控(Ma et al., 2025)。ANtYAB5启动子中MYB结合位点分析数字表示与相应起始密码子的距离bpBEMSA验证CsMYB4a与NtYAB5启动子元件的结合CCsMYB4a蛋白截短和突变位点的示意图红色文字表示CsMYB4a的突变磷酸化位点DCsMYB4a截短蛋白对NtYAB5启动子的调控ECsMYB4a突变蛋白对NtYAB5启动子的调控FCsMPK3s与CsMYB4a共表达对NtYAB5启动子的调控。原因二不同互作蛋白在植物体内转录因子并非单独发挥作用而是与其他蛋白形成蛋白复合体共同调控下游靶基因。互作蛋白可以促进/阻碍转录因子招募RNA聚合酶Ⅱ及转录起始复合物从而改变其转录调控能力。同一转录因子在不同组织、发育阶段或环境条件下由于互作蛋白变化其转录活性甚至可能由激活转变为抑制。2026年2月四川农业大学李炀平课题组在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了一篇题为“ZmMYB127 Modulates Maize Kernel Texture and Size by Integrating the Synthesis of Starch, Zein Proteins and Auxin”的研究论文作者通过全基因组关联分析GWAS、单倍型分析和转基因籽粒表型分析鉴定并验证了胚乳特异性R2R3-MYB转录因子ZmMYB127在籽粒性状调控中的作用。首先作者通过酵母转录激活实验和Dual-LUC证明ZmMYB127是一个转录抑制因子。随后作者通过DAP-seq、酵母单杂交、EMSA、Dual-LUC实验证明ZmMYB127抑制核心淀粉合成基因Bt1和Ae1的表达同时又促进玉米醇溶蛋白基因z1D2和z1C1的表达。但由于ZmMYB127缺乏转录激活能力因此作者猜测它可能与其他调控因子相互作用协调基因表达。其后共表达网络分析结合蛋白-蛋白互作实验表明ZmMYB127与转录因子O2、PBF1互作图2a-d。同时Dual-LUC实验证明共表达ZmMYB127和PBF1对Bt1和Ae1启动子活性抑制作用更显著而共表达ZmMYB127和O2对z1D2和z1C1激活作用更显著图2e-g。以上结果说明ZmMYB127并非独立发挥作用而是依赖与不同蛋白的互作形成功能特异性的转录调控复合体以实现对不同靶基因的激活或抑制。图2 ZmMYB127与PBF1和O2相互作用协同调控核心淀粉合成基因和玉米醇溶蛋白基因(Long et al., 2026)。aZmMYB127在酵母中与PBF1和O2相互作用b、cSplit-Lucb和BiFCc分别显示在玉米原生质体和烟草叶片中ZmMYB127与PBF1和O2相互作用dGST Pull-down实验显示ZmMYB127与O2和PBF1相互作用e瞬时表达载体构建示意图fZmMYB127与PBF1共表达对Bt1、Ae1启动子的转录抑制活性定量检测gZmMYB127与O2共表达对z1D2、z1C1启动子的转录激活活性定量检测。原因三染色质状态染色质可及性是决定转录因子功能的重要因素转录因子能否有效调控靶基因不仅取决于自身的转录激活/抑制结构域还受到靶位点染色质状态的影响。当染色质高度开放时核小体占比降低、DNA调控元件暴露从而使转录因子更容易招募转录共调控因子最终实现对下游靶基因的激活或抑制而在染色质封闭区域即使转录因子本身具有较强的DNA结合能力但因缺乏必要的染色质重塑因子或者无法接近靶序列导致其无法调控下游靶基因。因此染色质状态的改变会显著影响转录因子的激活或抑制活性。BZR1作为激活或抑制不同油菜素内酯BR通路基因的核心转录因子其通过乙烯响应元件结合因子相关两亲性抑制结构域EAR招募转录共抑制因子TPL家族蛋白BZR1-TPL复合物进一步募集组蛋白去乙酰化酶HDA19从而促进BR响应基因的转录抑制但BZR1介导的转录激活机制仍未可知。2024年12月中山大学李陈龙课题组联合卡内基科学研究所王志勇课题组在Developmental Cell杂志上发表了一篇题为“The BAS chromatin remodeler determines brassinosteroid-induced transcriptional activation and plant growth inArabidopsis”的研究论文该研究揭示了EAR具备二元调控能力其既可以招募转录抑制型复合物也能招募激活型复合物阐明了BR通过两套独立染色质通路分别调控生长发育和逆境响应、平衡生长与抗逆权衡的表观分子新机制。作者以拟南芥BZR1为研究对象通过ATAC-seq实验证明BZR1可直接介导全基因组染色质开放/关闭的双重调控。通过IP-MS及一系列的蛋白-蛋白互作实验筛选验证得到了BZR1与BAS复合物特异性亚基之间存在互作且BZR1的EAR结构域是介导二者发生互作的关键条件。随后作者构建了BZR1/BAS的单突变、双突变遗传学材料通过ATAC-seq、RNA-seq实验发现缺失BRMBAS 复合物的ATPase亚基后bzr1-1D功能获得型BZR1等位基因原本提升的染色质开放效应完全消失但bzr1-1D关闭染色质的能力不受影响。且81%的BZR1上调的生长基因在BRM突变后上调幅度大幅降低甚至无激活78%的BZR1抑制的胁迫基因在缺失BRM后仍能正常被抑制图3、4。表明BAS复合物仅介导BZR1的转录激活功能完全不参与BZR1的转录抑制过程。图3 BZR1需要BRM来增加染色质可及性(Zhu et al., 2024)。A、B元基因分布图A和箱线图B分别展示了展示各组样本中BZR1诱导的染色质开放峰区域ATAC-seq 信号强度幼苗在含2 μM油菜素唑PPZ的培养基中暗培养5天C热图展示了指定样本中bzr1-1D诱导的染色质可及性增加峰的ATAC-seq信号;D、E分别为元分布图、箱线图展示各组样本中BZR1下调的染色质开放峰区域ATAC-seq信号与测序读段丰度F热图展示了指定ATAC-seq实验中bzr1-1D诱导的染色质可及性降低峰的ATAC-seq信号。G、H对指定样本中BZR1增加或降低的可及性峰进行PCA分析。图中百分比代表第一主成分PC1、第二主成分PC2所能解释的变异占比I拟南芥哥伦比亚野生型Col、bzr1-1D、brm-1和bzr1-1D brm-1样本中代表性位点的ATAC-seq可视化图谱。图4 BRM决定BR诱导的基因激活但对BR诱导的基因抑制没有太大影响(Zhu et al., 2024)。A火山图显示bzr1-1D突变体中差异表达基因B热图左和箱线图右显示经k-means聚类分析后BZR1上调基因在各株系中的分布情况C热图左和箱线图右显示经k-means聚类分析后BZR1下调基因在各株系中的分布情况D热图反映各株系中BZR1上调或下调基因的相对表达量E对比分析各株系中依赖BRM的BZR1上调基因表达差异并将这些基因划分至不同功能通路F受bzr1-1D诱导、且需要BRM才能实现BZR1介导转录激活的染色质开放相关基因。G热图展示各类样本中同时受BZR1上调、且染色质开放与转录激活均依赖BRM的基因其染色质可及性与转录水平H各类样本中同时受BZR1上调、且染色质开放与转录激活均依赖BRM的基因的染色质可及性、转录水平I对H中157个靶基因进行基因本体GO富集分析JBR-BZR1-BAS介导的基因转录激活信号通路模型BR信号激活BZR1后BZR1与BAS复合物互作并将其招募至含G-box类顺式元件的基因区域BAS复合物提升染色质可及性激活基因表达调控各类植物生长发育进程KBR-BZR1-TPL-HDA19介导的基因转录抑制信号通路模型BZR1-TPL-HDA1复合物结合胁迫响应基因的G-box类基序抑制基因表达以此平衡植物生长与逆境应答的权衡关系此外BAS复合物也可被BZR1以外的其他转录因子招募至该类基因位点。原因四环境胁迫环境胁迫除了可以改变转录因子的表达量还可以重塑转录因子的调控模式。当植物受到逆境胁迫时胁迫信号可以通过调控转录因子的蛋白构象、翻译后修饰、互作蛋白招募差异从而改变其转录调控能力。前人研究表明B类热激转录因子HSFB可作为转录抑制因子参与免疫、热恢复过程但其如何协调植物应对干旱胁迫与生长发育的通路还未知。2025年2月河南农业大学郑旭课题组在The Plant Journal杂志上发表了一篇题为“The heat shock factor HSFB1 coordinates plant growth and drought tolerance inArabidopsis”的研究论文作者以拟南芥HSFB1为研究对象发现其正调控拟南芥耐旱性。通过ChIP-seq、RNA-seq分析筛选得到了HSFB1潜在的下游靶基因HSP101表型分析发现HSP101在hsfb1突变体中的表达量显著高于野生型植物Dual-LUC发现当35S:HSFB1共表达时报告基因HSP101pro:LUC的活性显著下调以上表明HSFB1与HSP101的启动子结合并作为HSP101的直接转录抑制因子发挥作用图5。进一步的分析发现HSP101同样正调控拟南芥耐旱性。由于HSFB1在正常生长条件下抑制HSP101的表达同时正向调控拟南芥的干旱胁迫耐受性因此作者推测HSFB1能够募集转录或翻译激活因子从而改变其转录活性。通过酵母双杂筛选及一系列的蛋白-蛋白互作实验证明HSFB1和真核翻译起始因子eIF3G1存在相互作用并通过酵母功能互补实验表明HSFB1和eIF3G1之间的相互作用可以响应干旱胁迫且干旱胁迫增强二者之间的互作强度。紧接着作者通过Dual-LUC实验验证eIF3G1在干旱条件下对HSFB1调控HSP101的影响发现共表达eIF3G1后HSFB1对HSP101的调控由转录抑制转变为转录激活图6。图5 HSFB1下游调控网络的全基因组解析(Zheng et al., 2025)。AHSFB1结合峰内富集的基序BChIP-seq结合峰对应的基因本体GO富集分析C正常培养条件下野生型WT与hsfb1突变株差异表达基因DEGs的GO条目富集分析D热图展示正常条件下野生型与hsfb1突变株中干旱相关基因及HSP101的表达差异。E通过RNA-seq鉴定的hsfb1突变体和HSFB1过表达转基因株系中的DEGs与通过ChIP-seq鉴定的靶基因之间的重叠;FDual-LUC验证HSFB1对HSP101基因启动子活性的调控作用;G图F荧光素酶活性定量统计结果。图6 HSFB1调控干旱胁迫响应与生长之间的稳态平衡(Zheng rt al., 2025)。A在经150 mM甘露醇处理后Dual-LUC实验验证eIF3G1对HSFB1与HSP101启动子之间结合的影响B对A中所示样品的荧光素酶活性进行定量分析C提出的一种工作模型阐明了HSFB1在植物生长与干旱胁迫耐受性之间维持平衡的分子机制。左图在正常条件下HSFB1充当HSP101的抑制因子。此时HSP101主要促进植物生长而非发挥其分子伴侣样功能。此外由于 HSFB1表达水平较低其对HSP101的抑制作用减弱从而进一步促进植物生长。右图在干旱胁迫条件下HSFB1-eIF3G1复合物转变为HSP101的激活因子。此时HSP101发挥分子伴侣样功能增强植物的干旱胁迫耐受性而不再促进植物生长。小远叨叨本篇文章小远给大家介绍了转录因子在激活、抑制两种调控功能间转换的四种因素希望可以帮助大家认识到转录因子从来不是单一属性的“激活子”或“抑制子”。翻译后修饰、互作蛋白、染色质开放程度、外界环境变化等任意一个条件的改变都可能重塑转录因子对下游靶基因的调控能力。因此在进行实验的过程中如果出现了转录活性与转录调控方向相悖、转录因子对靶基因的调控能力与转基因植株表型不匹配、EMSA实验验证转录因子和靶基因之间存在结合但是Dual-LUC实验不调控等与预期结果不一致的情况可以从以上几个方向出发深挖机制可能会有意想不到的惊喜。当然这里小远只列举了部分原因如果大家有新的发现欢迎分享给我们喔~ 转录因子也有“双重人格”——激活与抑制如何自由切换？
在植物生命活动的调控过程中转录因子作为核心的调控因子影响下游基因的表达从而参与植物生长发育、激素信号转导及胁迫响应等多个过程。长期以来转录因子被简单地分成“转录抑制因子”和“转录激活因子”两类然而越来越多的研究证明转录因子的功能呈现出高度动态性而非固定不变。同一个转录因子在调控不同靶基因时可能会出现不同甚至完全相反的功能。小远在日常解答问题时也会收到了一些老师的疑问“为什么转录因子活性分析证明其是转录激活因子但是却抑制下游基因表达呢”“为什么转录因子有转录活性EMSA实验也证明其和下游基因的顺式作用元件是结合的但是双荧光素酶报告基因实验Dual-LUC不调控呢”。实际上转录因子本身的转录活性是其固有属性结合能力不等于调控能力其对下游靶基因的调控还受到翻译后修饰、互作蛋白、染色质状态等多个因素的影响。小远在之前的推文“新视角下的转录因子与启动子互作”中介绍了相关的影响因素那今天呢小远主要聚焦于转录因子调控能力的双向转变一起来看看吧。原因一翻译后修饰翻译后修饰post-translational modifications, PTMs作为调节蛋白功能的重要方式在转录因子活性转换过程中发挥着关键作用。不同类型的PTMs可以通过改变转录因子的蛋白构象、稳定性、亚细胞定位、DNA结合能力以及蛋白互作网络重新定义其转录调控模式。R2R3-MYB转录因子的第四亚组成员Sg4是苯丙烷途径与木质素合成通路中公认的抑制因子(Cavallini et al., 2015)除N端的R2和R3结构域外其还包含多个保守结构域其中C端的C2结构域含有的EAR基序是MYB4介导转录抑制的关键基序之一C1结构域包含关键基序GIPD。当C2结构域存在时C1结构域的激活功能受到抑制(Shen et al., 2012)。2025年1月安徽农业大学高丽萍课题组联合夏涛课题组在Horticultural Plant Journal杂志上发表了一篇题为“Phosphorylation modification reverses the transcriptional inhibitory activity of CsMYB4a in tea plants (Camellia sinensis)”的研究论文作者分析得到了茶树CsMYB4a蛋白的C2结构域上的Ser181位点是其发生磷酸化修饰的位点并通过荧光素酶互补实验Split-Luc、免疫共沉淀实验Co-IP及体内磷酸化实验验证了CsMPK3-2与CsMYB4a之间的相互作用且特异性地磷酸化CsMYB4a的C2结构域Ser181位点。随后作者构建了持续模拟磷酸化突变体CsMYB4aS181D并通过茶树瞬时表达体系开展功能验证发现CsMPK3-2介导的磷酸化修饰大大削弱了CsMYB4a对苯丙烷合成关键酶基因的转录抑制作用该调控模式与拟南芥AtMYB4经磷酸化后抑制活性增强的机制截然相反是一种全新的调控方式。随后作者对CsMYB4a转基因植物和野生型植株进行了转录组测序筛选得到了差异表达基因YAB5并通过GFP报告基因瞬时转化烟草叶片证明含有C1结构域的Cs4aC1能够激活YAB5启动子而含有C2结构域的Cs4aC2则不能。两种磷酸化模拟突变体Cs4aS4D和Cs4aS181D均表现出激活活性而两种磷酸化缺失突变体Cs4aS4A 和 Cs4aS181A均不具有激活活性且共表达CsMPK3-2和CsMYB4a可激活YAB5启动子表达Cs4aS4A和MPK3-2共表达可微弱地启动YAB5表达而Cs4aS181A则不能图1。以上结果说明C1结构域具有转录激活活性而C2结构域的存在抑制了C1结构域的转录激活且磷酸化修饰会改变CsMYB4a的转录活性。图1 CsMYB4a对NtYAB5的调控(Ma et al., 2025)。ANtYAB5启动子中MYB结合位点分析数字表示与相应起始密码子的距离bpBEMSA验证CsMYB4a与NtYAB5启动子元件的结合CCsMYB4a蛋白截短和突变位点的示意图红色文字表示CsMYB4a的突变磷酸化位点DCsMYB4a截短蛋白对NtYAB5启动子的调控ECsMYB4a突变蛋白对NtYAB5启动子的调控FCsMPK3s与CsMYB4a共表达对NtYAB5启动子的调控。原因二不同互作蛋白在植物体内转录因子并非单独发挥作用而是与其他蛋白形成蛋白复合体共同调控下游靶基因。互作蛋白可以促进/阻碍转录因子招募RNA聚合酶Ⅱ及转录起始复合物从而改变其转录调控能力。同一转录因子在不同组织、发育阶段或环境条件下由于互作蛋白变化其转录活性甚至可能由激活转变为抑制。2026年2月四川农业大学李炀平课题组在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了一篇题为“ZmMYB127 Modulates Maize Kernel Texture and Size by Integrating the Synthesis of Starch, Zein Proteins and Auxin”的研究论文作者通过全基因组关联分析GWAS、单倍型分析和转基因籽粒表型分析鉴定并验证了胚乳特异性R2R3-MYB转录因子ZmMYB127在籽粒性状调控中的作用。首先作者通过酵母转录激活实验和Dual-LUC证明ZmMYB127是一个转录抑制因子。随后作者通过DAP-seq、酵母单杂交、EMSA、Dual-LUC实验证明ZmMYB127抑制核心淀粉合成基因Bt1和Ae1的表达同时又促进玉米醇溶蛋白基因z1D2和z1C1的表达。但由于ZmMYB127缺乏转录激活能力因此作者猜测它可能与其他调控因子相互作用协调基因表达。其后共表达网络分析结合蛋白-蛋白互作实验表明ZmMYB127与转录因子O2、PBF1互作图2a-d。同时Dual-LUC实验证明共表达ZmMYB127和PBF1对Bt1和Ae1启动子活性抑制作用更显著而共表达ZmMYB127和O2对z1D2和z1C1激活作用更显著图2e-g。以上结果说明ZmMYB127并非独立发挥作用而是依赖与不同蛋白的互作形成功能特异性的转录调控复合体以实现对不同靶基因的激活或抑制。图2 ZmMYB127与PBF1和O2相互作用协同调控核心淀粉合成基因和玉米醇溶蛋白基因(Long et al., 2026)。aZmMYB127在酵母中与PBF1和O2相互作用b、cSplit-Lucb和BiFCc分别显示在玉米原生质体和烟草叶片中ZmMYB127与PBF1和O2相互作用dGST Pull-down实验显示ZmMYB127与O2和PBF1相互作用e瞬时表达载体构建示意图fZmMYB127与PBF1共表达对Bt1、Ae1启动子的转录抑制活性定量检测gZmMYB127与O2共表达对z1D2、z1C1启动子的转录激活活性定量检测。原因三染色质状态染色质可及性是决定转录因子功能的重要因素转录因子能否有效调控靶基因不仅取决于自身的转录激活/抑制结构域还受到靶位点染色质状态的影响。当染色质高度开放时核小体占比降低、DNA调控元件暴露从而使转录因子更容易招募转录共调控因子最终实现对下游靶基因的激活或抑制而在染色质封闭区域即使转录因子本身具有较强的DNA结合能力但因缺乏必要的染色质重塑因子或者无法接近靶序列导致其无法调控下游靶基因。因此染色质状态的改变会显著影响转录因子的激活或抑制活性。BZR1作为激活或抑制不同油菜素内酯BR通路基因的核心转录因子其通过乙烯响应元件结合因子相关两亲性抑制结构域EAR招募转录共抑制因子TPL家族蛋白BZR1-TPL复合物进一步募集组蛋白去乙酰化酶HDA19从而促进BR响应基因的转录抑制但BZR1介导的转录激活机制仍未可知。2024年12月中山大学李陈龙课题组联合卡内基科学研究所王志勇课题组在Developmental Cell杂志上发表了一篇题为“The BAS chromatin remodeler determines brassinosteroid-induced transcriptional activation and plant growth inArabidopsis”的研究论文该研究揭示了EAR具备二元调控能力其既可以招募转录抑制型复合物也能招募激活型复合物阐明了BR通过两套独立染色质通路分别调控生长发育和逆境响应、平衡生长与抗逆权衡的表观分子新机制。作者以拟南芥BZR1为研究对象通过ATAC-seq实验证明BZR1可直接介导全基因组染色质开放/关闭的双重调控。通过IP-MS及一系列的蛋白-蛋白互作实验筛选验证得到了BZR1与BAS复合物特异性亚基之间存在互作且BZR1的EAR结构域是介导二者发生互作的关键条件。随后作者构建了BZR1/BAS的单突变、双突变遗传学材料通过ATAC-seq、RNA-seq实验发现缺失BRMBAS 复合物的ATPase亚基后bzr1-1D功能获得型BZR1等位基因原本提升的染色质开放效应完全消失但bzr1-1D关闭染色质的能力不受影响。且81%的BZR1上调的生长基因在BRM突变后上调幅度大幅降低甚至无激活78%的BZR1抑制的胁迫基因在缺失BRM后仍能正常被抑制图3、4。表明BAS复合物仅介导BZR1的转录激活功能完全不参与BZR1的转录抑制过程。图3 BZR1需要BRM来增加染色质可及性(Zhu et al., 2024)。A、B元基因分布图A和箱线图B分别展示了展示各组样本中BZR1诱导的染色质开放峰区域ATAC-seq 信号强度幼苗在含2 μM油菜素唑PPZ的培养基中暗培养5天C热图展示了指定样本中bzr1-1D诱导的染色质可及性增加峰的ATAC-seq信号;D、E分别为元分布图、箱线图展示各组样本中BZR1下调的染色质开放峰区域ATAC-seq信号与测序读段丰度F热图展示了指定ATAC-seq实验中bzr1-1D诱导的染色质可及性降低峰的ATAC-seq信号。G、H对指定样本中BZR1增加或降低的可及性峰进行PCA分析。图中百分比代表第一主成分PC1、第二主成分PC2所能解释的变异占比I拟南芥哥伦比亚野生型Col、bzr1-1D、brm-1和bzr1-1D brm-1样本中代表性位点的ATAC-seq可视化图谱。图4 BRM决定BR诱导的基因激活但对BR诱导的基因抑制没有太大影响(Zhu et al., 2024)。A火山图显示bzr1-1D突变体中差异表达基因B热图左和箱线图右显示经k-means聚类分析后BZR1上调基因在各株系中的分布情况C热图左和箱线图右显示经k-means聚类分析后BZR1下调基因在各株系中的分布情况D热图反映各株系中BZR1上调或下调基因的相对表达量E对比分析各株系中依赖BRM的BZR1上调基因表达差异并将这些基因划分至不同功能通路F受bzr1-1D诱导、且需要BRM才能实现BZR1介导转录激活的染色质开放相关基因。G热图展示各类样本中同时受BZR1上调、且染色质开放与转录激活均依赖BRM的基因其染色质可及性与转录水平H各类样本中同时受BZR1上调、且染色质开放与转录激活均依赖BRM的基因的染色质可及性、转录水平I对H中157个靶基因进行基因本体GO富集分析JBR-BZR1-BAS介导的基因转录激活信号通路模型BR信号激活BZR1后BZR1与BAS复合物互作并将其招募至含G-box类顺式元件的基因区域BAS复合物提升染色质可及性激活基因表达调控各类植物生长发育进程KBR-BZR1-TPL-HDA19介导的基因转录抑制信号通路模型BZR1-TPL-HDA1复合物结合胁迫响应基因的G-box类基序抑制基因表达以此平衡植物生长与逆境应答的权衡关系此外BAS复合物也可被BZR1以外的其他转录因子招募至该类基因位点。原因四环境胁迫环境胁迫除了可以改变转录因子的表达量还可以重塑转录因子的调控模式。当植物受到逆境胁迫时胁迫信号可以通过调控转录因子的蛋白构象、翻译后修饰、互作蛋白招募差异从而改变其转录调控能力。前人研究表明B类热激转录因子HSFB可作为转录抑制因子参与免疫、热恢复过程但其如何协调植物应对干旱胁迫与生长发育的通路还未知。2025年2月河南农业大学郑旭课题组在The Plant Journal杂志上发表了一篇题为“The heat shock factor HSFB1 coordinates plant growth and drought tolerance inArabidopsis”的研究论文作者以拟南芥HSFB1为研究对象发现其正调控拟南芥耐旱性。通过ChIP-seq、RNA-seq分析筛选得到了HSFB1潜在的下游靶基因HSP101表型分析发现HSP101在hsfb1突变体中的表达量显著高于野生型植物Dual-LUC发现当35S:HSFB1共表达时报告基因HSP101pro:LUC的活性显著下调以上表明HSFB1与HSP101的启动子结合并作为HSP101的直接转录抑制因子发挥作用图5。进一步的分析发现HSP101同样正调控拟南芥耐旱性。由于HSFB1在正常生长条件下抑制HSP101的表达同时正向调控拟南芥的干旱胁迫耐受性因此作者推测HSFB1能够募集转录或翻译激活因子从而改变其转录活性。通过酵母双杂筛选及一系列的蛋白-蛋白互作实验证明HSFB1和真核翻译起始因子eIF3G1存在相互作用并通过酵母功能互补实验表明HSFB1和eIF3G1之间的相互作用可以响应干旱胁迫且干旱胁迫增强二者之间的互作强度。紧接着作者通过Dual-LUC实验验证eIF3G1在干旱条件下对HSFB1调控HSP101的影响发现共表达eIF3G1后HSFB1对HSP101的调控由转录抑制转变为转录激活图6。图5 HSFB1下游调控网络的全基因组解析(Zheng et al., 2025)。AHSFB1结合峰内富集的基序BChIP-seq结合峰对应的基因本体GO富集分析C正常培养条件下野生型WT与hsfb1突变株差异表达基因DEGs的GO条目富集分析D热图展示正常条件下野生型与hsfb1突变株中干旱相关基因及HSP101的表达差异。E通过RNA-seq鉴定的hsfb1突变体和HSFB1过表达转基因株系中的DEGs与通过ChIP-seq鉴定的靶基因之间的重叠;FDual-LUC验证HSFB1对HSP101基因启动子活性的调控作用;G图F荧光素酶活性定量统计结果。图6 HSFB1调控干旱胁迫响应与生长之间的稳态平衡(Zheng rt al., 2025)。A在经150 mM甘露醇处理后Dual-LUC实验验证eIF3G1对HSFB1与HSP101启动子之间结合的影响B对A中所示样品的荧光素酶活性进行定量分析C提出的一种工作模型阐明了HSFB1在植物生长与干旱胁迫耐受性之间维持平衡的分子机制。左图在正常条件下HSFB1充当HSP101的抑制因子。此时HSP101主要促进植物生长而非发挥其分子伴侣样功能。此外由于 HSFB1表达水平较低其对HSP101的抑制作用减弱从而进一步促进植物生长。右图在干旱胁迫条件下HSFB1-eIF3G1复合物转变为HSP101的激活因子。此时HSP101发挥分子伴侣样功能增强植物的干旱胁迫耐受性而不再促进植物生长。小远叨叨本篇文章小远给大家介绍了转录因子在激活、抑制两种调控功能间转换的四种因素希望可以帮助大家认识到转录因子从来不是单一属性的“激活子”或“抑制子”。翻译后修饰、互作蛋白、染色质开放程度、外界环境变化等任意一个条件的改变都可能重塑转录因子对下游靶基因的调控能力。因此在进行实验的过程中如果出现了转录活性与转录调控方向相悖、转录因子对靶基因的调控能力与转基因植株表型不匹配、EMSA实验验证转录因子和靶基因之间存在结合但是Dual-LUC实验不调控等与预期结果不一致的情况可以从以上几个方向出发深挖机制可能会有意想不到的惊喜。当然这里小远只列举了部分原因如果大家有新的发现欢迎分享给我们喔~