北京大学邓兴旺/陈浩东团队与合作者发现植物器官特异性光响应的新机制

　　

　　2019年3月25日，北京大学现代农学院、生命科学学院邓兴旺/陈浩东团队与耶鲁大学魏宁研究组合作在国际著名植物学期刊 The Plant Cell上发表题为“The Transcription Factors TCP4 and PIF3 Antagonistically Regulate Organ-specific Light Induction of SAUR Genes to Modulate Cotyledon Opening During De-etiolation in Arabidopsis”的研究论文，揭示了光信号促进植物幼苗子叶打开的分子机制。

　　光不仅为植物的生长发育提供能量，而且光信号可以调控植物的生长形态和发育过程。暗中生长的双子叶植物幼苗子叶闭合、胚轴快速延伸，利于其快速钻出土壤；见光之后幼苗的子叶快速打开延展，胚轴的快速伸长却受到抑制，可见不同器官的细胞对光信号发生不同的响应。多年来植物光受体及信号传递因子已被深入研究，但未能解释光响应的器官特异性是如何造成的，为什么光对某些基因的调控在不同器官里存在显著差异。本研究组之前的工作发现，光能够差异性地调控一类 SAUR 基因的表达从而形成对子叶和胚轴的不同调控[Sun et al., PNAS, 2016]。比如，光信号激发 SAUR16/50 基因在子叶中的表达，但同时抑制这些基因在胚轴中的表达。这些 SAUR 基因可以被光信号核心转录因子PIFs直接结合，然而PIFs蛋白调控 SAUR 基因表达的分子机制并不清楚。

　　北京大学现代农学院、生命科学学院邓兴旺/陈浩东团队与耶鲁大学魏宁研究组近期的合作研究发现，在拟南芥幼苗时期，一类TCP家族转录因子特异性地在子叶中表达，激活 SAUR16/50 基因的转录 ， 从而促进子叶的打开。TCP4可以直接结合这些 SAUR 基因的启动子并且激活其表达，但是暗中高表达的PIFs蛋白结合在这些 SAUR 基因的启动子上，抑制了TCP4蛋白的结合。光信号引起PIFs蛋白的降解，解除其抑制功能，使TCP4蛋白得以结合并且激活这些 SAUR 基因的表达。综合起来，子叶发育调控因子TCP4负责在子叶中特异性激发 SAUR16/50 基因的表达，而光信号转录因子PIF3决定了光信号对TCP4-  SAUR16/50 转录装置的调控，以实现子叶特异性光诱导，从而促进了脱黄化过程中子叶的打开。

　　

光信号以不同模式调控子叶和胚轴中 SAUR 基因的表达

　　北大生命科学学院已毕业博士生、现耶鲁大学博士后董杰为本论文第一作者，生命科学学院、现代农学院陈浩东副研究员与耶鲁大学魏宁课题主持人为本论文共同通讯作者。其他作者包括北京大学现代农学院邓兴旺教授，耶鲁大学Vivian F. Irish教授，北大生命科学学院秦跟基教授、何航副研究员，生命科学学院已毕业博士生现耶鲁大学博士后孙宁，生命科学学院博士生杨晶、邓兆国、兰婧秋。该研究得到了科技部国家重点研发计划、美国国立卫生研究院、国家自然科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心等的资助。

 

　　原文链接：http://www.plantcell.org/content/early/2019/03/25/tpc.18.00803