北大邓兴旺PLOS发表研究新成果

12月29日，来自北京大学、瑞典哥特堡大学、斯里兰卡科伦坡大学、瑞典乌普萨拉大学和美国耶鲁大学的研究人员，在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》发表的一项研究中，通过正向遗传筛选确定了一个新的COP1抑制因子——CSU2。

　　

生物通报道：12月29日，来自北京大学、瑞典哥特堡大学、斯里兰卡科伦坡大学、瑞典乌普萨拉大学和美国耶鲁大学的研究人员，在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》发表题为“Arabidopsis COP1 SUPPRESSOR 2 Represses COP1 E3 Ubiquitin Ligase Activity through Their Coiled-Coil Domains Association”的学术成果。在这项研究中，研究人员通过正向遗传筛选确定了一个新的COP1抑制因子——CSU2。北京大学生命科学学院的邓兴旺教授和耶鲁大学的Ning Wei是本文共同通讯作者。延伸阅读：北大邓兴旺、安成才教授Nature子刊解析杂种优势。

阳光不仅提供了主要的能量来源，而且也是一个重要的环境信号，调节着植物的多个发育过程，如种子萌发、光形态建成、开花、向光性和根系生长。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，光敏色素（phyA-phyE）能感知红光和远红光（600–750 nm）；隐花色素（CRY1和CRY2）和向光素（PHOT1和PHOT2）能感知蓝光和紫外线（315–500 nm）；UVR8作为UV-B（~ 280 nm）的光感受器。

为了响应光照，光感受器能直接作用于整个基因组的许多个基因启动子，以调控它们靶基因的表达，使植物能够迅速适应不断变化的光环境。在没有光照的情况下，植物会长出长的下胚轴、根尖沟、未开放的子叶和etioplastids，一种独特的发育程序，被称为暗或黄化。在光照下，植物经历了光形态建成，其特点是短下胚轴、延伸的子叶和成熟的叶绿体。这个程序对于陆生植物是非常重要的，因为它们的生命往往开始于黑暗的土壤中。该程序使植物准备好暴露于阳光下（这一过程称为绿化），而在黑暗中的无力枯黄，在光照射时则是致命的损伤。

CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1（COP1）基因，作为光形态建成的抑制因子，对于黄化是必不可少的，其功能缺失突变体在黑暗中表现出一种组成型光形态表型。COP1蛋白含有一个RING指，一段卷曲螺旋结构域，和WD-40重复结构域，它的功能是作为一个E3泛素连接酶，靶定一小部分光敏形态发生促进因子，用于泛素化和降解。

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在植物细胞中，COP1作为同型二聚体而存在，这进一步稳定了两个SPA蛋白之间的联系，从而形成一个四聚体蛋白复合物。COP1二聚化及其与SPA蛋白之间的相互作用，是通过各自蛋白的卷曲螺旋结构域介导的。与SPA蛋白的联系，提高了COP1靶定底物泛素化的活性。

在幼苗中，COP1的底物包括LONG HYPOCOTYL (HY5)、HY5 HOMOLOG (HYH)、LONG HYPOCOTYL IN FAR-RED 1 (HFR1)、LONG AFTER FAR-RED LIGHT 1 (LAF1)、SALT TOLERANCE HOMOLOG 3 (STH3/BBX22)和PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 3-LIKE1 (PIL1)。除了幼苗光形态建成，COP1也介导CONSTANS（CO）、GIGANTEA (GI)、EARLY FLOWERING 3 (ELF3)、HYPERSENSITIVE RESPONSE TO TCV (HRT)、SCAR1、GATA TRANSCRIPTION FACTOR 2 (GATA2) 和MYC2的降解，并在各个发育过程（包括花期、生物钟、病毒防御、根系发育、激素信号转导和调控miRNA的生物合成）中发挥着至关重要的作用。从植物到动物，COP1在进化上都是保守的。哺乳动物COP1已被报道为一个肿瘤抑制基因，可通过它的E3泛素连接酶活性，靶定癌蛋白c-Jun和ETS。

作为一个关键的调控因子，COP1蛋白的水平、活动和定位，是受到严格控制的，以确保其靶标的适当蛋白质积累，响应发育和环境线索。在黑暗中，COP1富集在细胞核中，在那里它靶定底物用于泛素化。光照可触发光感受器，包括phyA、phyB、CRY1和CRY2，以与SPA蛋白或COP1联系在一起，从而抑制了COP1-SPA E3泛素连接酶的活性。这一事件之后紧接着是COP1从细胞核到细胞质的重新分配。此外，最近的研究表明，CSU1、SPAs和PIFs有助于COP1蛋白水平和活性的调节。

为了寻找调控COP1功能或介导其产量的新因素，研究人员对cop1-6（cop1突变体的亚效等位基因）的抑制因子，进行了遗传筛选。之前这种筛选已经成功地鉴定了CSU1——可靶定COP1的一种E3泛素连接酶。

在这项研究中，研究人员报道了一个新的COP1抑制因子，指定为CSU2。在黑暗中，CSU2突变几乎完全抑制了cop1-6的组成型光形态表型。CSU2可通过一种卷曲螺旋域联系，与核小点中的COP1相互作用并共同定位。CSU2能够抑制COP1 E3泛素连接酶的活性。此外，CSU2在根部发育过程中发挥重要的作用。总的来说，这项研究的遗传和生化数据表明，拟南芥CSU2作为COP1的一个负调控因子，有助于优化植物的发育。

（生物通：王英）

注：邓兴旺教授是世界著名的生物学家，现任北京大学长江特聘教授，美国耶鲁大学分子、细胞和发育生物学系终身教授。邓兴旺教授长期从事植物分子遗传及生理学方面的研究。1995年，因他在调控植物光形态建成的有关基因的研究中所取得的杰出成绩，荣获美国总统青年教师奖。2003年，他获得世界植物分子生物学领域最重要的Kuhmo奖。他曾多次在《细胞》、《科学》、《自然》等世界权威刊物上发表很有影响的学术文章。他领导的实验室所取得的成果处于世界领先水平，其研究成果成为了行业标准。2013年4月30日当选美国科学院新科院士。

生物通推荐原文摘要：
Arabidopsis COP1 SUPPRESSOR 2 Represses COP1 E3 Ubiquitin Ligase Activity through Their Coiled-Coil Domains Association
Abstract: CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1) functions as an E3 ubiquitin ligase and mediates a variety of developmental processes in Arabidopsis by targeting a number of key regulators for ubiquitination and degradation. Here, we identify a novel COP1 interacting protein, COP1 SUPPRESSOR 2 (CSU2). Loss of function mutations in CSU2 suppress the constitutive photomorphogenic phenotype of cop1-6 in darkness. CSU2 directly interacts with COP1 via their coiled-coil domains and is recruited by COP1 into nuclear speckles in living plant cells. Furthermore, CSU2 inhibits COP1 E3 ubiquitin ligase activity in vitro, and represses COP1 mediated turnover of HY5 in cell-free extracts. We propose that in csu2 cop1-6 mutants, the lack of CSU2’s repression of COP1 allows the low level of COP1 to exhibit higher activity that is sufficient to prevent accumulation of HY5 in the dark, thus restoring the etiolated phenotype. In addition, CSU2 is required for primary root development under normal light growth condition.