華南植物園揭示光信號(hào)抑制油菜素甾醇途徑以促進(jìn)光形態(tài)建成的新機(jī)制
光既是植物光合作用的能量來(lái)源，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要信號(hào)。從種子萌發(fā)到幼苗出土是植物追尋光照的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，經(jīng)歷一系列特定的生長(zhǎng)發(fā)育變化。許多植物激素如赤霉素、生長(zhǎng)素、油菜素甾醇 (BRs) 和乙烯等激素都參與了這一過(guò)程的調(diào)控。幼苗出土見(jiàn)光后，植物馬上開(kāi)啟光形態(tài)建成階段，其中包括下胚軸生長(zhǎng)受到抑制、子葉張開(kāi)、葉綠體形成等，開(kāi)始進(jìn)行光合作用。該過(guò)程需要迅速去除黑暗中積累的光形態(tài)建成抑制因子并激活相關(guān)促進(jìn)因子的表達(dá)。BR作為光形態(tài)建成重要的抑制因子之一，在種子萌發(fā)后到幼苗出土前的暗形態(tài)建成中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。然而，幼苗出土后光如何快速抑制BR信號(hào)目前仍不清楚，探究相關(guān)的調(diào)控機(jī)制，對(duì)于闡明光形態(tài)建成分子機(jī)理具有重要的意義。
中科院華南植物園農(nóng)業(yè)及生物技術(shù)研究中心博士生張文斌在侯興亮研究員的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)擬南芥核因子C亞基蛋白 (NUCLEAR FACTOR-Y Subunit C，NF-YC) 突變體的研究發(fā)現(xiàn)，光照條件下，NF-YC1/3/4/9基因是BR途徑調(diào)控下胚軸伸長(zhǎng)的重要抑制基因。NF-YC可直接負(fù)調(diào)控BR合成基因BR6ox2的表達(dá)，抑制BR合成；有趣的是，在NF-YC1/3/4/9功能缺失突變體 (nf-ycQ) 幼苗中，BR信號(hào)顯著增強(qiáng)且不依賴(lài)于BR的合成，導(dǎo)致光下下胚軸伸長(zhǎng)；進(jìn)一步分析證實(shí)NF-YCs通過(guò)與BR信號(hào)途徑的負(fù)調(diào)控因子BIN2互作，增強(qiáng)BIN2 Tyr200位點(diǎn)的自磷酸化作用，從而促進(jìn)BIN2蛋白穩(wěn)定性和激酶活性，最終抑制BR信號(hào)途徑。當(dāng)植物幼苗處于黑暗條件下，上述調(diào)控過(guò)程則不會(huì)發(fā)生。
通過(guò)一系列分子、生化及遺傳證據(jù)，研究揭示了NF-YCs對(duì)植物激素BR合成和信號(hào)途徑的雙重抑制作用，并提出相關(guān)分子作用模型（圖）：在光照條件下，一方面NF-YCs通過(guò)直接調(diào)控BR合成基因的表達(dá)，抑制BR的合成；另一方面，NF-YCs可通過(guò)蛋白互作促進(jìn)BIN2的穩(wěn)定和活性，從而抑制BR信號(hào)途徑。因此，光信號(hào)可通過(guò)NF-YCs對(duì)BR合成與信號(hào)途徑進(jìn)行雙重抑制，達(dá)到促進(jìn)光形態(tài)建成的目的。
相關(guān)研究揭示了光信號(hào)如何抑制BR途徑以促進(jìn)植物光形態(tài)建成的重要分子機(jī)制。研究結(jié)果已在線發(fā)表國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell上。論文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab112/6237499
圖. 光下NF-YC抑制BR途徑的作用模型。
據(jù)了解，侯興亮研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事植物激素以及NF-Y復(fù)合體調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的功能研究。NF-Y是一類(lèi)核因子 Y (Nuclear Factor Y, NF-Y)，也稱(chēng)為 CCAAT 結(jié)合因子 (CCAAT- binding factor, CBF) 或者亞鐵血紅素相關(guān)蛋白 (Heme Activator Protein, HAP)，由三個(gè)異源亞基 NF-YA、NF-YB和 NF-YC組成，是一種進(jìn)化上高度保守的三聚轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，廣泛存在于真核生物中。通過(guò)深入研究，科研團(tuán)隊(duì)陸續(xù)解析了NF-Y調(diào)控植物開(kāi)花的分子機(jī)制 (Nature Communications, 2014; Plant Physiology, 2018)；NF-YB9/LEC1調(diào)控胚胎及胚后發(fā)育的機(jī)理 (The Plant Cell, 2015; Nature Plants, 2018)；NF-YC在GA和ABA介導(dǎo)的種子萌發(fā)過(guò)程的作用 (Nature Communications, 2016)；NF-YC與表觀修飾因子HDA15互作調(diào)控光形態(tài)建成 (Molecular Plant, 2016)等等，這些研究顯著促進(jìn)了人們對(duì)NF-Y復(fù)合體如何調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的理解。
