HSFA3：第二個植物熱脅迫響應的關鍵調節因子

　　2021年6月8日，德國波茨坦大學的Isabel B?urle團隊在Nature Communications發表了題為“Heteromeric HSFA2/HSFA3 complexes drive transcriptional memory after heat stress in Arabidopsis”的研究工作，發現了HSFA3是HS記憶的第二個關鍵HSF，它與HSFA2形成異構體復合物，有效地促進轉錄記憶。這些發現不僅將功能賦予另一個重要的HSF家族成員，而且還提供了關于擬南芥中HSF復合體的體內組成的信息。

　　植物在逆境脅迫下具有極強的可塑性適應機制，這植物物生存的關鍵因素。例如，適度的熱脅迫(heat stress，HS)能激發植物獲得耐熱性，這使得隨后在更嚴重的HS條件下存活下來。獲得性耐熱性在幾天內保持活躍(HS記憶)，并涉及到記憶相關基因的持續誘導。

　　高溫導致植物嚴重的細胞損傷，導致細胞組織崩潰并抑制植物生長。為了應對熱應激（HS），植物已經開發了幾種策略，例如基礎耐熱性和獲得的耐熱性。獲得的耐熱性可使植物隨后在更嚴重的HS條件下存活下來。獲得性耐熱性在幾天內保持活躍(HS記憶)，并涉及到記憶相關基因的持續誘導。

　　熱啟動負責HS轉錄因子（HSF）的高表達，其調節熱休克蛋白（HSP）和抗氧化基因的表達，其負責強烈且快速地響應HS的暴露和隨后的恢復。熱激因子A2（HSFA2）是植物中HS主動記憶所必需的。HSFA2的表達受四種轉錄因子HSFA1A，B，D和E的調節，其激活HSFA2的表達。反過來，HSFA2擴增HS反應和記憶基因子集的轉錄誘導。

　　目前的模型是HSFA2通過招募持續的H3K4甲基化來維持記憶階段的轉錄激活。這介導了I型轉錄記憶，在短暫的HS結束后的幾天內維持某些基因的轉錄活性。在轉錄減弱后，第二種類型的轉錄記憶在基因的子集上保持活躍。這會在重現的HS(II型轉錄記憶)上引起增強的轉錄再誘導，并在HS啟動后的6天內保持活躍。HS之后，兩種類型的轉錄記憶都需要HSFA2。然而，HSFA2如何促進HS記憶的機制基礎仍然知之甚少。

　　本研究，為了確定與HS記憶有關的調控因子，作者對HS誘導的pHSA32：：HSA32-LUC24持續表達的修飾物進行了突變篩選。在fgt3突變體中，HSA32-Luc的誘導在兩步HS處理后的1d是正常的(“馴化”，ACC，圖1A)，但在接下來的兩天里，在正常生長溫度下過早地下降了(圖1B)。與這一發現一致的是，fgt3突變體在生理水平上也有缺陷的HS記憶(圖1C)。然而，在fgt3中，通過基礎耐熱性和獲得性耐熱性測定的即時HS反應不受影響。因此，HS的存儲記憶特別需要FGT3的參與。基因克隆和遺傳確認后，發現FGT3編碼HSFA3。HSFA3在恢復正常生長溫度后，通過直接轉錄激活記憶相關基因來介導HS記憶。

　　HSFA3是由ACC誘導的，盡管比HSFA2慢，HSFA2在ACC處理結束時達到頂峰。進一步作者發現 HSFA3而不是HSFA2的表達依賴于DREB2A，這與預測的HSFA3啟動子中存在比HSFA2啟動子中更多的DREB結合元件是一致的。這種兩步激活解釋了HSFA3誘導動力學較慢的原因。與這兩個基因都位于HSFA1下游一致，HSFA2或HSFA3的誘導獨立于各自的其他蛋白。

　　蛋白互作分析證明，HSFA3和HSFA2蛋白相互作用，在體內兩種蛋白都與額外的HSFs形成異構體復合物。只有同時含有HSFA2和HSFA3的復合物才能通過積極影響組蛋白H3賴氨酸4(H3K4)的超甲基化來有效地促進轉錄記憶。

　　綜上所述，該工作發現HSFA3是擬南芥HS記憶的重要成分。發現HSFA3是通過直接基因激活和組蛋白H3K4甲基化募集來持續誘導幾個HS記憶相關基因所必需的。以前，只有HSFA2與HS記憶有關。發現HSFA3與HSFA2結合形成了高效促進HS記憶的異構體復合物。