Science：同归于尽的信号传导刹车机制

　　

生物通报道：随着幼苗从土壤中长出，它需要转变自己的发育程序，向着阳光生长。科学家们在这一过程中发现了一个细胞减弱外界信号的机制，这种管理能力对于细胞适应当前环境很重要，有助于植物在多变的环境下生存下来。

加州大学伯克利分校和卡内基科学研究所的研究人员对拟南芥进行了研究，他们发现这种植物可以通过特定机制减弱外部信号的强度，拟南芥是一种常用的模式生物。这项研究发表在六月六日的Science杂志上。

信号减弱机制相当于是汽车上装的刹车，可以避免加速失控带来的灾难性后果。研究显示，拟南芥幼苗从黑暗环境转到阳光下时，会引发一个“快速而广泛”的基因表达重置，进而长成我们常见的绿色幼苗。这一过程需要一个限制性的机制，帮助细胞重新稳定以达到新的平衡。研究人员发现，这种机制位于细胞核中，而且与加速机制直接相连。

阳光等外部条件触发的细胞信号传导，允许生物适应当前的环境条件。在需要做出应答的时候，机体会激活一系列的化学信号。通常这种信号一开始是很强的，一段时间之后会受到限制，信号减弱甚至完全被关闭。这样的限制机制是非常关键的，但迄今未知人们对它们的了解还很有限，科学家们大多更关注一开始的激活过程。

对于拟南芥而言，阳光诱导的信号传导过程包括，一个活化的感光分子（光敏色素）结合到转录因子PIF上。这种结合会摧毁PIF，关闭它的目标基因。然而研究人员发现，光敏色素在使PIF摧毁的同时，也判下了自己的死刑，这一指令被立即执行导致信号强度减弱。

“理解植物对光的应答动态，解析其背后的分子机制，有助于我们对作物进行基因工程改造，使其能够更好的适应环境波动，”文章的共同作者，卡内基的王志勇教授说。（王教授的其他研究：王志勇教授连发两篇Nature子刊，解析植物激素指挥系统）

研究人员用相互确保摧毁MAD（mutually assured destruction）来形容这种同归于尽的信号减弱机制（MAD本是一种相互威慑的冷战策略）。自然界通过这种机制为关键性的功能保驾护航，而它将为人们提供广泛的启示（从农业到癌症研究）。

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

A mutually assured destruction mechanism attenuates light signaling in Arabidopsis

After light-induced nuclear translocation, phytochrome photoreceptors interact with and induce rapid phosphorylation and degradation of basic helix-loop-helix transcription factors, such as PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3 (PIF3), to regulate gene expression. Concomitantly, this interaction triggers feedback reduction of phytochrome B (phyB) levels. Light-induced phosphorylation of PIF3 is necessary for the degradation of both proteins. We report that this PIF3 phosphorylation induces, and is necessary for, recruitment of LRB [Light-Response Bric-a-Brack/Tramtrack/Broad (BTB)] E3 ubiquitin ligases to the PIF3-phyB complex. The recruited LRBs promote concurrent polyubiqutination and degradation of both PIF3 and phyB in vivo. These data reveal a linked signal-transmission and attenuation mechanism involving mutually assured destruction of the receptor and its immediate signaling partner.