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植物激素生长素通过生长素响应因子（ARF）转录因子调控基因表达，其DNA结合域（DBD）中的B3结构域能够特异性识别生长素响应元件（AuxRE）。陆生植物的ARF分为三个系统发育分支：A类和B类ARF具有相似的DNA结合特性，而C类ARF则表现出显著差异。尽管ARF的DNA结合特性在进化早期已出现分化，但其分子机制尚不明确。本研究发现，ARF的B3结构域中与DNA结合的残基在进化中高度保守，仅在维管植物中观察到少量变异，且这些变异与ARF家族的扩张相关。通过苔藓植物地钱（Marchantia polymorpha）实验，我们证实了这些保守残基对ARF功能的关键作用。此外，ARF B3与AuxRE的相互作用对突变高度敏感，表明其进化可塑性较低，从而导致不同ARF类群间B3-DNA界面的保守性。通过跨物种B3结构域交换实验，我们发现A/B类ARF的B3结构域在地钱中几乎可以完全互换，甚至对于分化超过5亿年的ARF谱系也是如此。进一步分析表明，C类ARF的DNA结合特异性在链型植物共同祖先中已早期分化，随后在A类和B类ARF中受到强烈选择，形成了基于竞争的生长素响应系统。研究背景：
生长素是调控植物发育的关键信号分子，其作用主要通过ARF转录因子介导。ARF通过B3结构域识别AuxRE，但不同ARF类群（A、B、C类）的DNA结合特性存在差异。尽管ARF家族的进化历史已有研究，但其DNA结合界面的保守性和功能演化机制尚不清楚。
研究结果：
保守性分析：ARF的B3结构域中DNA结合残基在植物界高度保守，变异仅出现在维管植物中，且与ARF家族扩张相关。
功能验证：在地钱中，保守残基（如R194、P197、R199）的突变会破坏ARF功能，而H146和Q196的突变则影响较小。
进化限制：ARF B3与AuxRE的相互作用对突变敏感，限制了其进化可塑性。
结构域交换：A/B类ARF的B3结构域在地钱中可互换，而C类ARF的B3功能显著不同。
进化起源：C类ARF的DNA结合特异性在链型植物祖先中已分化，而A/B类ARF的保守性可能与竞争性生长素响应系统有关。
研究结论：
ARF的DNA结合界面在进化中高度保守，其功能对突变高度敏感，限制了ARF家族的多样化。A/B类ARF的B3结构域功能保守，而C类ARF的DNA结合特性早期分化，揭示了生长素响应系统的进化轨迹。
创新点：
揭示了ARF B3-DNA界面的深度保守性及其对突变的低耐受性。
通过跨物种B3结构域交换实验，证明A/B类ARF的功能保守性跨越5亿年进化历史。
提出C类ARF的DNA结合特异性早期分化，为理解生长素响应系统的进化提供了新视角。
原文链接：
https://www.pnas.org/doi/epub/10.1073/pnas.2501915122
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