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热激因子(heat shock factor,HSF)是真核生物热激反应的中心调控因子。正常生长条件下,热激因子是以沉默,单体的形式存在,逆境胁迫诱导HSF三聚体的形成,与靶基因启动子区的热激元件(heat shock element,HSE)特异性结合,以调控这些基因的转录表达。
基因表达调控方面的许多研究表明:酵母,拟南芥和番茄热激因子作为重要的调节因子可以感知热逆境信号,并对调控热逆境引起的基因表达及耐热性有着重要的作用。然而热激因子对其他逆境信号是否感应,研究不是很多,以及热激因子是如何感知逆境的,其作用机制还不清楚。在本研究中,发现:
(1)拟南芥和酿酒酵母热激因子具有直接感知生理条件下的热,酸,碱及过氧化氢的能力,由单体形成三体。将具有活性的纯化拟南芥热激因子At-HsfAla进行逆境处理,之后用EGS交联,热,酸,碱及过氧化氢可以诱导其三聚体的形成,而氯化钠和山梨糖醇不能。在热逆境条件下,不同浓度的拟南芥At-HsfAla,其单体及三聚体呈现不同转化特征,在0.25 μM-1μM浓度条件下,单体可形成三体,低浓度条件下(0.125μM),单体不能形成三体。经热逆境处理后,拟南芥At-HsfAla在室温下回复12小时后,其三体可回复为单体形式。同时,本实验还发现:拟南芥At-HsfAla经热,酸,碱及过氧化氢逆境处理后,在DTT还原剂作用下,其三体可回复为单体形式。对于酿酒酵母热激因子y-Hsf,在无任何逆境信号下,y-Hsf存在多聚体的形式(主要是二聚体,少量为三聚体),热、酸、碱和过氧化氢可明显增加其三聚体形成,而NaCI稍弱,山梨糖醇则最弱。
(2)不同逆境信号可以诱导或增强热激因子与靶基因启动子的体内结合,本课题使用染色质免疫沉淀技术研究HSF与靶启动子的结合情况。测试了下列基因启动子:拟南芥的HSP18.2,HSP21,HSP70;番茄HSP70,HSP80,HSP17.8以及酵母的SScAl,SScA4启动子。结果:热,酸,碱和过氧化氢逆境诱导下,番茄和拟南芥热激因子和靶启动子区的结合的能力提高了,相比较而言,氯化钠和山梨糖醇诱导HSF和靶启动子区的结合稍弱;热、酸、碱和山梨糖醇对酿酒酵母热激因子y-Hsf与靶基因启动子结合的诱导能力比起过氧化氢和NaCI的相对较强。不同逆境对于不同热激因子和不同热激元件结合的诱导强度,方式和特异性均有明显差异,如番茄HSP17.8的启动子对热的感应比pH和H2O2明显。实验结果也表明酵母y-Hsf以不同的方式与不同的靶启动子结合,组成型或热诱导型,这与早期研究认为的酵母y-Hsf与靶启动子区的结合是组成型的不一致。如y-Hsf与ScSSA4基因启动子结合是逆境诱导型的,与ScSSA1的靶启动子为组成型的结合,但结合水平非常低,逆境能迅速的增加y-Hsf与这个基因的结合水平。 (3)拟南芥At-HsfAla过量表达的转基因植株增强了对热、酸、碱和过氧化氢逆境的抗性。我比较了拟南芥At-HsfAla过量表达的转基因植株与非转基因植株在At-HsfAla及HSP表达上的区别,以及在热,酸,碱及过氧化氢逆境条件下的生长情况,结果显示At-HsfAla过量表达转基因植株提高了HSP70的逆境诱导表达量,以及抗逆境能力。
这些实验结果对于理解HSF调控机制,以及HSF对于生物体耐受逆境的功能有着一定意义。