AP2/ERF转录因子HcERF5通过ABA介导的信号通路增强红麻抗旱性的分子机制研究

本研究针对红麻(Hibiscus cannabinus L.)在干旱胁迫下的分子调控机制展开，通过多组学技术揭示了AP2/ERF家族成员HcERF5通过调控ABA信号通路和抗氧化系统增强抗旱性的新机制。研究人员采用基因沉默(VIGS)、过表达和酵母双杂交(Y2H)等技术，发现HcERF5能显著提高种子萌发率、调节气孔导度并激活HcPRK/HcRD22等下游基因表达。该研究为作物抗逆育种提供了重要靶点，对开发耐旱纤维作物具有重要应用价值。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁作物生产的主要非生物胁迫因素。作为重要的纤维作物，红麻虽具有较强抗旱性，但其分子机制尚不明确。AP2/ERF转录因子家族在植物胁迫响应中发挥关键作用，但HcERF5在红麻抗旱中的功能仍属空白。这项发表在《Industrial Crops and Products》的研究，首次系统揭示了HcERF5通过ABA介导的信号通路调控红麻抗旱性的分子机制。

研究采用基因克隆、启动子分析、亚细胞定位等技术确定HcERF5的分子特征；通过拟南芥遗传转化和VIGS技术构建功能验证体系；结合生理指标测定、RNA-seq和酵母文库筛选等多维手段解析作用机制。关键样本为红麻品种"福红992"和拟南芥SALK_208574突变体。

研究结果部分：

1. 1.

   HcERF5的鉴定与特征分析

   发现HcERF5含有典型AP2结构域，定位于细胞核和细胞质。系统进化分析显示其与木槿属植物亲缘最近，启动子区含有ABRE等激素响应元件。

2. 2.

   HcERF5受干旱和ABA诱导表达

   qRT-PCR显示PEG6000和ABA处理分别使HcERF5表达量最高提升3.1倍和23.2倍。GUS染色证实其启动子在根茎叶中具有活性，且受胁迫显著激活。

3. 3.

   过表达HcERF5增强拟南芥抗旱性

   在400 mM甘露醇胁迫下，过表达株系种子萌发率较野生型提高13.5%，幼苗存活率达83.7%。抗氧化酶(SOD/POD/CAT)活性提升96.5%-138.3%，MDA含量降低26.3%。

4. 4.

   基因沉默降低红麻抗旱能力

   VIGS技术构建的HcERF5沉默植株出现严重萎蔫，叶绿体结构解体。ABA含量下降29.3%，气孔开度增加，水分流失速率显著提高。

5. 5.

   转录组与蛋白互作网络分析

   RNA-seq鉴定到2489个差异基因，KEGG富集显示ABA信号通路和MAPK通路显著变化。Y2H筛选出29个互作蛋白，包括HcCAB等，BIFC和Co-IP验证了HcERF5-HcCAB的核内互作。

结论与讨论：

该研究阐明了HcERF5通过三重机制增强抗旱性：① 激活ABA信号通路关键基因(NCEDs/PYLs/SnRK2s)表达；② 调控气孔运动减少水分流失；③ 增强抗氧化系统清除ROS。特别发现HcERF5与光合相关蛋白HcCAB互作，揭示了转录因子直接调控叶绿体稳态的新途径。研究为红麻抗逆育种提供了分子标记，提出的"转录因子-光合蛋白"协同调控模型为作物抗旱机制研究开辟了新视角。