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为探究拟南芥 COP1 是否及如何介导非蛋白水解性泛素化调控光形态建成，研究人员开展了关于 COP1 与 GH3.5 相互作用及对下胚轴伸长影响的研究。结果发现 COP1 通过 K63 连接泛素化抑制 GH3.5 活性，促进下胚轴伸长，该研究揭示了光调控生长素代谢的机制。
在植物的生长历程中，光就如同一位神奇的指挥家，掌控着幼苗形态建成的关键进程。其中，下胚轴伸长这一现象尤为引人注目，在黑暗中，它迅速生长，努力朝着光明伸展，而一旦感受到光的照耀，又会及时抑制过度生长，仿佛有着自己的 “生长智慧”。在这个过程里，光信号的传导以及相关调控机制一直是科学家们深入探索的焦点。
目前，虽然众多研究已经揭示了光调控植物生长发育的部分奥秘，但仍存在诸多亟待解决的问题。例如，作为光形态建成的关键抑制因子，组成型光形态发生 1（CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1，COP1），它虽能通过泛素化作用影响蛋白质的稳定性，可它是否还存在非蛋白水解性泛素化的调控方式，以及这种调控方式在光形态建成中究竟发挥着怎样的作用，这些问题依旧迷雾重重。此外，光对生长素代谢的调控机制也尚未完全明晰，生长素作为植物生长的重要激素，其代谢过程如何精准地响应光信号，进而影响植物的生长，还需要进一步深入研究。
为了揭开这些谜团，来自北京大学、南方科技大学等多所国内高校和科研机构的研究人员携手合作，开展了一项深入的研究。他们将研究聚焦于 COP1 与 GRETCHEN HAGEN 3.5（GH3.5）之间的相互作用，试图从分子层面解析它们在光调控生长素代谢和下胚轴伸长过程中的关键作用机制。最终，研究人员发现，COP1 介导的赖氨酸 63（K63）连接的多聚泛素化修饰，能够抑制 GH3.5 的酶活性，从而促进下胚轴在黑暗中的伸长，这一成果为光调控生长素代谢的机制研究提供了全新的视角，论文发表在《Nature Communications》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：免疫沉淀 - 质谱（IP-MS）技术，用于筛选 COP1 介导的 K63 泛素化的潜在底物；蛋白质免疫印迹（Western blot）分析，检测蛋白表达水平和泛素化修饰情况；体外泛素化实验，验证 COP1 对 GH3.5 的泛素化作用；双分子荧光互补（BiFC）、荧光素酶互补成像（LCI）和免疫共沉淀（Co-IP）等实验技术，明确蛋白之间的相互作用。
研究结果如下：
- 筛选潜在底物：研究人员利用泛素抗体检测 cop1 突变体中泛素化水平，发现 COP1 参与了 K63 泛素链的形成。通过两种免疫沉淀 - 质谱技术，筛选出 GH3.6 是 COP1 介导的 K63 泛素化的潜在底物，由于 GH3.5 与 GH3.6 的同源性，进而对 GH3.5 展开深入研究。
- 遗传和物理互作：通过杂交实验发现，COP1 与 GH3.5 在黑暗中存在遗传互作，功能性的 GH3.5 会导致 cop1 - 4 突变体下胚轴变短。进一步研究表明，COP1 能与 GH3.5 发生物理互作，且 COP1 的 C 末端对这种互作至关重要。
- 对蛋白稳定性的影响：研究人员发现，尽管 COP1 在黑暗中维持了 GH3.5 的 mRNA 表达水平，但它对 GH3.5 的蛋白稳定性并无影响。这意味着 COP1 对 GH3.5 的调控并非通过改变其蛋白稳定性来实现。
- 介导 K63 泛素化：体外和体内实验均证实，COP1 在黑暗中能介导 GH3.5 的 K63 泛素化修饰。在体内，COP1 主要为 GH3.5 添加 K63 泛素链，且这种修饰在黑暗中更为显著。
- 抑制酶活性：遗传实验和体外酶活性分析表明，COP1 介导的 K63 泛素化能够抑制 GH3.5 的酶活性。这使得 IAA 转化为 IAA - 氨基酸结合物的过程受到抑制，从而促进了下胚轴的伸长。
- 光调控作用：光能够抑制 COP1 的功能，进而调节 GH3.5 的活性。在光照条件下，GH3.5 的 K63 泛素化水平降低，活性增强，促进 IAA 转化为 IAA - Asp 结合物，抑制下胚轴伸长。
研究结论和讨论部分表明，该研究揭示了 COP1 介导的 K63 泛素化在调控光形态建成中的非蛋白水解作用。在黑暗中，COP1 与 GH3.5 在细胞核内相互作用并介导其 K63 泛素化，抑制 GH3.5 的酶活性，限制 IAA 转化为 IAA - Asp 结合物，促进下胚轴伸长；而在光照下，COP1 失活，GH3.5 被激活，抑制下胚轴伸长。这一机制在光调控生长素代谢和下胚轴伸长过程中发挥着关键作用。此外，研究还发现 COP1 与其他蛋白存在多种潜在的作用方式，以及 GH3.5 被泛素化抑制活性的分子机制有待进一步探索，这为后续研究指明了方向。该研究成果不仅加深了人们对植物光形态建成调控机制的理解，也为植物生长发育的研究提供了重要的理论依据，在植物学领域具有重要的科学意义 。
