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PLANT CELL | 李繼剛課題組揭示植物遠紅光信號轉導新機制
發(fa)布(bu)日期:2021-11-08 瀏覽次數:  信息來源:生物火狐體育平(ping)臺

      近日,植物生(sheng)理學與生(sheng)物化學國家重(zhong)點實驗室李繼剛課題組(zu)在國際知名學術期刊The Plant Cell在線發表了題為Mutual upregulation of HY5 and TZP in mediating phytochrome A signaling的研(yan)究論(lun)文,揭示了植物遠紅光信號途徑的兩個(ge)重要正(zheng)調控(kong)因子——HY5和TZP相互(hu)促進、協同調(diao)控遠紅(hong)光信號(hao)轉導的分子(zi)機制。

      在植物的遮蔭環境中富含遠紅光,因此研究遠紅光信號轉導的分子機制,對理解植物避蔭反應的分子調控機理具(ju)有重(zhong)要(yao)意(yi)義。光敏色(se)素 (phytochrome) 是一類植物感知紅光和遠紅光信號的光受體家族,而光(guang)敏色素(phyA) 是植物中唯一感受并響應遠紅光(guang)信號的光(guang)受體 (Li et al., 2011)在上世(shi)紀90年代,研究人員篩選并獲得了多個對遠紅光信號響應有缺陷的突變體;對相關突變基因功能的(de)深入研究,使人們逐(zhu)漸解析了植物感知和(he)傳遞(di)遠紅光(guang)信號的(de)分子機(ji)制(zhi)。2018年,李繼剛課題組通過正向遺傳學的方法篩選鑒定到參與植物遠紅光信號傳遞的新組分TANDEM ZINC-FINGER/PLUS3 (TZP)。研究(jiu)結果(guo)表明,TZP能夠與遠紅光(guang)受體(ti)phyA相互作用,并在體內調控磷酸(suan)化(hua)phyA的產生;而磷酸化(hua)的(de)phyA可能是活性更強的形式,在遠紅光信號傳遞中發揮重(zhong)要功能 (Zhang et al., 2018; Zhou et al., 2018)然而(er),TZP如何整合到phyA信號調控網絡中,目前尚不清楚。


      在該研究中,李繼剛課題(ti)組發現植(zhi)物光形態建成的核心正調(diao)控因子——ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) 能夠直接結合TZP啟動子上的一個G-box,并在遠紅光下激活TZP基因的表(biao)達(da);而突變這個G-box則使TZP不能(neng)在(zai)根中表(biao)達,并顯(xian)著降低TZP在(zai)子葉和下胚軸中(zhong)的表達(da)水平。李繼剛課題(ti)組成功制作了TZP的單克隆抗體,利用該抗體進行免疫印跡實驗,結果顯示HY5確實在遠紅光下促進TZP的蛋白積累。有趣的是,內(nei)源TZP蛋白在不同顏色的光下分別呈現不同的積累模式,這與該課題組2018年報道的轉基因TZP-3flag蛋白的積累模式相一(yi)致(zhi),表明TZP蛋白在不同光條件下確實存在不同的修飾。


      此外,TZP能夠與調控(kong)植物光形態(tai)建成的著名E3泛素連接酶——CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC1 (COP1) 直接相互作用。COP1能(neng)夠直接(jie)泛素化HY5,使其(qi)通過(guo)26S蛋白酶體途徑(jing)降(jiang)解;而TZPCOP1的相互作用能(neng)夠競(jing)爭COP1HY5的互作,從而在翻譯后水平促進HY5在遠紅光下的蛋白穩定性。進(jin)一(yi)步研究發現(xian),TZP自身也作為COP1的底物,在(zai)遠(yuan)紅(hong)光和黑(hei)暗下被COP1降解。遺傳分析結果表明,tzp hy5雙突變體在(zai)低(di)光(guang)強遠(yuan)紅光(guang)下與(yu)hy5單突(tu)變體的表型相一(yi)致(zhi),但(dan)是在(zai)高光(guang)強遠紅光(guang)下發育出比hy5tzp單突變體更長的下(xia)胚軸,表明在高光(guang)(guang)強遠紅光(guang)(guang)下(xia)TZP和HY5具有相對獨立的調控功能。


      綜上所述,該研究闡明了HY5TZP既相互促進(jin),又(you)獨立發揮(hui)功能,協(xie)同調(diao)控植物的遠紅(hong)光信(xin)號轉導途徑 (圖(tu)1);揭示了(le)HY5TZP這兩個遠紅光信號途徑重要正調控因子的相互關系,為解析復雜而微妙的phyA信號調控網絡提供了新的見解。


圖1. HY5和TZP相互促進、協同(tong)調控植(zhi)物遠紅光信號途徑的模式圖

HY5直接結(jie)合TZP啟動子的(de)G-box,并在(zai)遠紅光下激活TZP基因的表達(da);而(er)TZP作(zuo)為(wei)COP1的(de)底物與HY5競爭結合COP1,從而在(zai)遠紅(hong)光下(xia)促進HY5的蛋白(bai)穩定性。


      火狐體育官網博士后李聰齊立娟為該論文的共同第一作者,李繼剛教授為通訊作者,中國科火狐體育平臺植物研究所林榮呈研究員團隊也合作參與了(le)該項(xiang)火狐體育網頁版(ban)。該研(yan)究(jiu)得到了(le)國家(jia)自然科學基(ji)金、博士后創新人才支(zhi)持計劃、中國博士后科學基(ji)金面上(shang)項(xiang)目、中央高校基(ji)本(ben)科研(yan)業務費(fei)專項(xiang)資金等項(xiang)目的經費(fei)支(zhi)持。


    參考(kao)文獻:

    Li, J., Li, G., Wang, H., and Deng, X.W. (2011). Phytochrome signaling mechanisms. Arabidopsis Book 9: e0148.

   Zhang, S., Li, C., Zhou, Y., Wang, X., Li, H., Feng, Z., Chen, H., Qin, G., Jin, D., Terzaghi, W., Gu, H., Qu, L.J., Kang, D., Deng, X.W., Li, J. (2018). TANDEM ZINC-FINGER/PLUS3 is a key component of phytochrome A signaling. Plant Cell 30: 835-852.

    Zhou, Y., Yang, L., Duan, J., Cheng, J., Shen, Y., Wang, X., Han, R., Li, H., Li, Z., Wang, L., Terzaghi, W., Zhu, D., Chen, H., Deng, X.W., Li, J. (2018). Hinge region of Arabidopsis phyA plays an important role in regulating phyA function. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115: E11864-E11873.


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