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Revealing the role of CCoAOMT1: fine-tuning bhlh transcription factors for optimal anther development

Science China(Life Sciences) 2024年第3期67卷 565-578页

作者： Zesen Lai Jianzheng Wang Ying Fu Menghan Wang Hong Ma Shiqing Peng Fang Chang State Key Laboratory of Genetic Engineering Ministry of Education Key Laboratory of Biodiversity Sciences and Ecological Engineering and Institute of Biodiversity SciencesInstitute of Plant BiologySchool of Life SciencesFudan UniversityShanghai 200438China School of Tropical Agriculture and Forestry Agriculture-Rural Affairs and Rural RevitalizationHainan UniversityHaikou 570228China Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops Ministry of AgricultureInstitute of Tropical Bioscience and BiotechnologyChinese Academy of Tropical Agricultural SciencesHaikou 571101China Department of Biology Huck Institutes of the Life SciencesPennsylvania State UniversityUniversity ParkPA 16802USA

The tapetum,a crucial innermost layer encompassing male reproductive cells within the anther wall,plays a pivotal role in normal pollen development.The transcription factors (TFs) bhlh010/089/091 redundantly facilitate the rapid nuclear accumulation of DYSFUNCTIONAL TAPETUM 1,a gatekeeper TF in the tapetum.Nevertheless,the regulatory mechanisms governing the activity of bhlh010/089/091 remain unknown.In this study,we reveal that caffeoyl coenzyme A O-methyltransferase 1 (CCoAOMT1) is a negative regulator affecting the nuclear localization and function of bhlh010 and bhlh089,probably through their K259 site.Our findings underscore that CCoAOMT1 promotes the nuclear export and degradation of bhlh010 and bhlh089.Intriguingly,elevated CCoAOMT1 expression resulted in defective pollen development,mirroring the phenotype observed in bhlh010 bhlh089 mutants.Moreover,our investigation revealed that the K259A mutation in the bhlh089 protein disrupted its translocation from the nucleus to the cytosol and impeded its degradation induced by CCoAOMT1.Importantly,transgenic plants with the probhlh089::bhlh089^(K259A)construct failed to rescue proper pollen development or gene expression in bhlh010 bhlh089 mutants.Collectively,these findings emphasize the need to maintain balanced TF homeostasis for male fertility.They firmly establish CCoAOMT1 as a pivotal regulator that is instrumental in achieving equilibrium between the induction of the tapetum transcriptional network and ensuring appropriate anther development.

关键词： anther development nuclear localization bhlh O-methyltransferase transcription factor homeostasis

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A bhlh transcription factor,CsSPT,regulates high-temperature resistance in cucumber

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Horticultural Plant Journal 2024年第2期10卷 503-514页

作者： Yonggui Liang Chenyu Yang Fangyan Ming Bingwei Yu Zhihua Cheng Yixi Wang Zhengkun Qiu Xiaolan Zhang Bihao Cao Shuangshuang Yan Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops(South China) Ministry of Agriculture and Rural AffairsGuangdong Vegetable Engineering and Technology Research CenterCollege of HorticultureSouth China Agricultural UniversityGuangzhouGuangdong 510642China State Key Laboratories of Agrobiotechnology Beijing Key Laboratory of Growth and Developmental Regulation for Protected Vegetable CropsMOE Joint Laboratory for International Cooperation in Crop Molecular BreedingChina Agricultural UniversityBeijing 100193China

High-temperature stress threatens the growth and yield of crops. Basic helix-loop-helix(bhlh) transcription factors(TFs) have been shown to play important roles in regulating high-temperature resistance in plants. However, the bhlh TFs responsible for high-temperature tolerance in cucumbers have not been identified. We used transcriptome profiling to screen the high temperature-responsive candidate bhlh TFs in cucumber. Here, we found that the expression of 75 Csbhlh genes was altered under high-temperature stress. The expression of the CsSPT gene was induced by high temperatures in TT(Thermotolerant) cucumber plants. However, the Csspt mutant plants obtained by the CRISPR-Cas9 system showed severe thermosensitive symptoms, including wilted leaves with brown margins and reduced root density and cell activity.The Csspt mutant plants also exhibited elevated H_(2)O_(2) levels and down-regulated photosystem-related genes under normal conditions.Furthermore, there were high relative electrolytic leakage(REC), malondialdehyde(MDA), glutathione(GSH), and superoxide radical(O_(2)^(·-)) levels in the Csspt mutant plants, with decreased Proline content after the high-temperature treatment. Transcriptome analysis showed that the photosystem and chloroplast activities in Csspt mutant plants were extremely disrupted by the high-temperature stress compared with wildtype(WT) plants. Moreover, the plant hormone signal transduction, as well as MAPK and calcium signaling pathways were activated in Csspt mutant plants under high-temperature stress. The HSF and HSP family genes shared the same upregulated expression patterns in Csspt and WT plants under high-temperature conditions. However, most bhlh, NAC, and bZIP family genes were significantly down-regulated by heat in Csspt mutant plants. Thus, these results demonstrated that CsSPT regulated the high-temperature response by recruiting photosynthesis components, signaling pathway molecules, and transcription factors. Our results provide important insights into the heat response m

关键词： Cucumber bhlh CsSPT Photosynthesis High temperature

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SPATULA as a Versatile Tool in Plant:The Progress and Perspectives of SPATULA(SPT)Transcriptional Factor

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2024年第3期93卷 517-531页

作者： Lei Liang Xiangyang Hu Shanghai Key Laboratory of Bio-Energy Crops Research Center for Natural ProductsPlant Science CenterSchool of Life SciencesShanghai UniversityShanghai200444China

With the rapid development of modern molecular biology and bioinformatics,many studies have proved that transcription factors play an important role in regulating the growth and development of plants.SPATULA(SPT)belongs to the bhlh transcription family and participates in many processes of regulating plant growth and development.This review systemically summarizes the multiple roles of SPT in plant growth,development,and stress response,including seed germination,ﬂowering,leaf size,carpel development,and root elongation,which is helpful for us to better understand the functions of SPT.

关键词： SPT bhlh plant growth plant development Arabidopsis thaliana

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扭果花旗杆bhlh转录因子家族成员鉴定与表达分析

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植物资源与环境学报 2024年第2期33卷 13-21页

作者：胡尔西旦·吐尔逊谷玉风刘欣欣葛风伟新疆师范大学生命科学学院新疆乌鲁木齐830054

基于扭果花旗杆(Dontostemon elegans Maxim.)转录组数据,鉴定其bhlh转录因子家族成员,并通过生物信息学方法分析该转录因子家族成员的理化性质、保守基序及结构域、系统进化关系、组织表达模式及逆境胁迫表达模式。结果表明:从扭果花... 详细信息

基于扭果花旗杆(Dontostemon elegans Maxim.)转录组数据,鉴定其bhlh转录因子家族成员,并通过生物信息学方法分析该转录因子家族成员的理化性质、保守基序及结构域、系统进化关系、组织表达模式及逆境胁迫表达模式。结果表明:从扭果花旗杆转录组数据库中共筛选出66个bhlh转录因子家族成员,其氨基酸残基数为63~668,理论等电点为pI 4.74至pI 10.17,理论相对分子质量为7396.56~73508.47,65个家族成员属于亲水蛋白,60个家族成员定位在细胞核中;所有家族成员含有motif1和(或)motif2,且都含有保守的bhlh_SF超家族结构域。扭果花旗杆bhlh转录因子家族成员可划分为13个亚家族,亚家族ⅩⅣ含有的扭果花旗杆bhlh家族成员最多(10个)。组织表达模式分析结果表明:扭果花旗杆bhlh基因在不同组织中的相对表达量有所差异,De11684.2214、De11684.23639和De11684.33169在叶中的相对表达量最高,De11684.2906和De11684.31669在茎中的相对表达量最高,De11684.7549在根中的相对表达量最高,De11684.7900在根和叶中的相对表达量接近且显著(Pbhlh基因对不同逆境胁迫有不同程度的响应:在150 mmol·L^(-1)NaCl胁迫下,7个bhlh基因的相对表达量在不同时间均显著上调;在250 mmol·L^(-1)聚乙二醇(PEG)胁迫下,6个bhlh基因的相对表达量在2 h时显著下调;在4℃胁迫下,6个bhlh基因的相对表达量在8 h时显著上调。综合分析表明:扭果花旗杆bhlh转录因子家族成员具有bhlh转录因子家族的基本特征;bhlh基因具有组织表达特异性,bhlh家族成员可能参与盐胁迫和低温胁迫的调控过程。

关键词：扭果花旗杆 bhlh 转录因子表达分析非生物胁迫

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金钗石斛bhlh转录因子家族全基因组鉴定及表达分析

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生物技术通报 2024年第6期40卷 203-218页

作者：王健杨莎孙庆文陈宏宇杨涛黄园贵州中医药大学药学院贵阳550025 贵州省中药民族药材种质资源保存及评价工程研究中心贵阳550025

【目的】bhlh转录因子广泛存在于植物中,是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一。从金钗石斛全基因组中鉴定Dnbhlhs转录因子家族,分析其表达特点,为后续深入研究Dnbhlhs转录因子的生物学功能奠定基础。【方法】利用... 详细信息

【目的】bhlh转录因子广泛存在于植物中,是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一。从金钗石斛全基因组中鉴定Dnbhlhs转录因子家族,分析其表达特点,为后续深入研究Dnbhlhs转录因子的生物学功能奠定基础。【方法】利用生物信息学方法从金钗石斛全基因组中鉴定出bhlh转录因子家族成员,并对其理化特征、系统进化关系、基因结构、染色体定位和启动子顺式作用元件等进行分析,利用转录组数据和RT-qPCR分析Dnbhlhs转录因子的组织表达模式和不同非生物胁迫下的表达规律。【结果】在金钗石斛中共鉴定出137个bhlh转录因子,Dnbhlhs蛋白的氨基酸数量为85-1260,分子量为9855.23-140024.19 Da,等电点为4.52-10.66,不稳定系数为31.94-87.42,脂溶指数为56.66-106.06,亲水指数为-0.815-0.185。Dnbhlhs分布于金钗石斛的19条染色体上,都存在bhlh结构域,与拟南芥的bhlh同源,且组内、种间存在着共线性关系。基因表达模式分析显示,Dnbhlhs家族成员存在组织表达特异性,且Dnbhlh26和Dnbhlh33对多种逆境胁迫有响应。【结论】从金钗石斛全基因组中鉴定出137个Dnbhlhs转录因子家族成员,该家族成员的理化性质和保守基序存在特异性和多样性的特征,不同Dnbhlhs转录因子之间具有组织表达差异性,且Dnbhlh26主要受高盐和高温胁迫的诱导,Dnbhlh33主要受高盐、高温和低温胁迫的诱导。

关键词：金钗石斛转录因子 bhlh 生物信息学表达模式分析

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桂花Ofbhlh89参与调控花开放的功能解析

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园艺学报 2024年第6期51卷 1311-1320页

作者：李湘钟诗蔚王艺光邓金萍方遒赵宏波浙江农林大学风景园林与建筑学院浙江省园林植物种质创新与利用重点实验室国家林业和草原局南方园林植物种质创新与利用重点实验室杭州311300

在桂花(Osmanthus fragrans)转录组数据库中筛选并克隆出可能参与花开放过程的候选基因Ofbhlh89。该基因的开放阅读框(ORF)长744 bp,编码247个氨基酸。氨基酸序列和系统进化树分析表明,Ofbhlh89与红豆VaBPE和辣椒CbBPE的亲缘相似性分别... 详细信息

在桂花(Osmanthus fragrans)转录组数据库中筛选并克隆出可能参与花开放过程的候选基因Ofbhlh89。该基因的开放阅读框(ORF)长744 bp,编码247个氨基酸。氨基酸序列和系统进化树分析表明,Ofbhlh89与红豆VaBPE和辣椒CbBPE的亲缘相似性分别为54.1%和52.74%。亚细胞定位显示Ofbhlh89定位于细胞核。时空表达分析表明Ofbhlh89在花中高表达,且在花开放过程中的表达水平逐渐升高,盛开期达到峰值;19℃低温诱导下的花芽中,Ofbhlh89的转录水平显著高于23℃对照。Ofbhlh89过表达矮牵牛花瓣变大,表明Ofbhlh89可能参与花开放过程的花瓣扩张;检测转基因矮牵牛下游与细胞扩张相关基因的转录水平发现,PhEXPA1、PhXTH24和PhXTH25均显著上调。此外,在瞬时过表达Ofbhlh89的桂花花芽中,OfXTH5、OfXTH21、Of XTH32、Of XTH34、OfEXPA4和OfEXPA13的相对表达量也显著高于对照花芽。综上,Ofbhlh89可能通过激活细胞扩张相关基因的转录使花瓣变大从而影响桂花开放。

关键词：桂花花开放 bhlh 细胞扩张

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石仙桃中4种转录因子鉴定及其组织表达的研究

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生物技术通报 2024年第5期40卷 141-152页

作者：刘保财张武君赵云青黄颖桢陈菁瑛福建省农业科学院作物研究所福州250013 福建省农业科学院药用植物研究中心福州250013

【目的】石仙桃Pholidota chinensis Lindl为珍稀濒危的附生兰,附生较地生而言进化出了许多特殊的形态结构和生理生化特性,而转录因子对调控植物的生长发育具有作用,旨在探讨和发掘石仙桃中调控其生长发育的转录因子。【方法】利用PacBi... 详细信息

【目的】石仙桃Pholidota chinensis Lindl为珍稀濒危的附生兰,附生较地生而言进化出了许多特殊的形态结构和生理生化特性,而转录因子对调控植物的生长发育具有作用,旨在探讨和发掘石仙桃中调控其生长发育的转录因子。【方法】利用PacBio和Illumina测序技术获得石仙桃的全长转录组数据以及在根、根状茎、假鳞茎和叶片中的基因表达量,通过进一步生信分析,探讨石仙桃4种转录因子家族成员、理化特性及其组织表达特异性,并用氯化钠(NaCl)和茉莉酸甲酯(MeJA)诱导逆境胁迫,用RT-qPCR分析了C2H2家族和bhlh家族的表达量。【结果】石仙桃中鉴定的4种转录因子及其家族成员转录本为:C2H2家族21个、bhlh家族27个、WRKY家族30个、bZIP家族19个,这4个家族及其成员主要为亲水的不稳定性蛋白,亚细胞定位主要位于细胞核内,bhlh家族的部分成员位于细胞质、叶绿体等细胞器中,各基因家族均具有典型的保守结构域特征,在石仙桃的根、根状茎、假鳞茎和叶片呈现出明显的组织特异性。21个C2H2家族和27个bhlh家族中所有基因表达均受NaCl和MeJA影响,但家族成员受到促进或抑制表达及其表达量存在差异。【结论】鉴定了石仙桃中4个转录因子家族成员的数量,各家族成员主要是位于细胞核内的亲水不稳定性蛋白,并具有保守结构域特征和组织表达特异性。

关键词：石仙桃 C2H2 bhlh WRKY bZIP 理化特性组织表达

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Mdbhlh3 modulates apple soluble sugar content by activating phosphofructokinase gene expression

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Journal of Integrative Plant Biology 2022年第4期64卷 884-900页

作者： Jian-Qiang Yu Kai-Di Gu Li-Li Zhang Cui-Hui Sun Quan-Yan Zhang Jia-Hui Wang Chu-Kun Wang Wen-Yan Wang Meng-Chi Du Da-Gang Hu National Key Laboratory of Crop Biology College of Horticulture Science and EngineeringShandong Agricultural UniversityTai'an 271018China College of Resources and Environment Linyi UniversityLinyi 276005China MOA Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and Germplasm Innovation Tai'an 271018China Shandong Collaborative Innovation Center for Fruit and Vegetable Production with High Quality and Efficiency Tai'an 271018China

Sugars are involved in plant growth,fruit quality,and signaling perception.Therefore,understanding the mechanisms involved in soluble sugar accumulation is essential to understand fruit development.Here,we report that Md PFPβ,a pyrophosphatedependent phosphofructokinase gene,regulates soluble sugar accumulation by enhancing the photosynthetic performance and sugar-metabolizing enzyme activities in apple(Malus domestica Borkh.).Biochemical analysis revealed that a basic helix-loop-helix(b HLH)transcription factor,Mdb HLH3,binds to the Md PFPβpromoter and activates its expression,thus promoting soluble sugar accumulation in apple fruit.In addition,Md PFPβoverexpression in tomato influenced photosynthesis and carbon metabolism in the plant.Furthermore,we determined that Mdb HLH3 increases photosynthetic rates and soluble sugar accumulation in apple by activating Md PFPβexpression.Our results thus shed light on the mechanism of soluble sugar accumulation in apple leaves and fruit:Mdb HLH3 regulates soluble sugar accumulation by activating Md PFPβgene expression and coordinating carbohydrate allocation.

关键词： apple bhlh fructose 6-phosphate fruit quality phosphofructokinase soluble sugars

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西洋参中8个bhlh类转录因子的克隆及表达分析

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中国中药杂志 2022年第14期47卷 3756-3764页

作者：陈景鲜卢超郑钧屏杨玉珍张丽萌李玉华田云芳郑州师范学院生命科学学院河南郑州450000 Central Mindanao University College of Arts and Sciences Bukidnon Musuan8710 郑州师范学院分子生物学实验室河南郑州450000

从西洋参cDNA中克隆得到8个bhlh类转录因子,研究了这8个bhlh类转录因子响应茉莉酸甲酯信号的表达情况。该研究以培养3周的西洋参幼苗为材料,克隆得到了8个bhlh类转录因子。采用高效液相色谱和分光光度法测定了MeJA处理不同时间西洋参不... 详细信息

从西洋参cDNA中克隆得到8个bhlh类转录因子,研究了这8个bhlh类转录因子响应茉莉酸甲酯信号的表达情况。该研究以培养3周的西洋参幼苗为材料,克隆得到了8个bhlh类转录因子。采用高效液相色谱和分光光度法测定了MeJA处理不同时间西洋参不定根中人参皂苷Rg、Re、Rb和总皂苷的含量。利用实时荧光定量PCR检测MeJA处理后8个转录因子的基因表达量。结果表明从西洋参cDNA中克隆得到的8条bhlh类转录因子序列(Pq-bhlh21~Pq-bhlh28)核酸序列长度为762~2 013 bp。8个转录因子的氨基酸序列一致性为24.90%,每个氨基酸序列都显示出了基本的bhlh保守结构域特征,属于bhlh超基因家族成员。Pq-bhlh22和Pq-bhlh24~Pq-bhlh27共5条氨基酸序列中含有bhlh-MYC N结构域,属于bhlh基因家族中的MYC类转录因子。MeJA处理48 h内,8个转录因子都存在应答响应。在MeJA处理72 h时,Pq-bhlh24的基因表达量达到了处理组最高的106.53倍。在相关性分析方面,Pq-bhlh25、Pq-bhlh27、Pq-bhlh28表现出较强的协同趋势,Pq-bhlh21可能参与调控人参皂苷Rb生物合成途径,而3个转录因子Pq-bhlh22、Pq-bhlh25、Pq-bhlh28与人参皂苷Re生物合成途径呈显著正相关。上述工作为进一步研究bhlh类转录因子对于人参皂苷生物合成调控的功能验证奠定基础。

关键词：西洋参 bhlh 转录因子人参皂苷表达分析

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DNA features beyond the transcription factor binding site specify target recognition by plant MYC2-related bhlh proteins

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Plant Communications 2021年第6期2卷 27-43页

作者： Irene Lopez-Vidriero Marta Godoy Joaquin Grau Maria Penuelas Roberto Solano Jose M.Franco-Zorrilla Genomics Unit Centro Nacional de BiotecnologiaCSICC/Darwin 328049 MadridSpain Department of Plant Molecular Genetics Centro Nacional de BiotecnologiaCSICC/Darwin 328049 MadridSpain

Transcription factors(TFs)regulate gene expression by binding to cis-regulatory sequences in the promoters of target genes.Recent research is helping to decipher in part the cis-regulatory code in eukaryotes,including plants,but it is not yet fully understood how paralogous TFs select their targets.Here we addressed this question by studying several proteins of the basic helix-loop-helix(bhlh)family of plant TFs,all of which recognize the same DNA motif.We focused on the MYC-related group of bhlhs,that redundantly regulate the jasmonate(JA)signaling pathway,and we observed a high correspondence between DNA-binding profiles in vitro and MYC function in vivo.We demonstrated that A/T-rich modules flanking the MYC-binding motif,conserved from bryophytes to higher plants,are essential for TF recognition.We observed particular DNA-shape features associated with A/T modules,indicating that the DNA shape may contribute to MYC DNA binding.We extended this analysis to 20 additional bhlhs and observed correspondence between in vitro binding and protein function,but it could not be attributed to A/T modules as in MYCs.We conclude that different bhlhs may have their own codes for DNA binding and specific selection of targets that,at least in the case of MYCs,depend on the TF-DNA interplay.

关键词： transcription factor bhlh target specificity plants

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