揭示光调控植物形态建成的分子机制

光不仅是重要的生物能量来源，而且参与调控着植物的整个生长发育过程，如种子萌发，光形态建成，开花调控等。在种子萌发以后，黑暗抑制植物的光形态建成，而光促进植物的光形态建成。在黑暗下，一类被称作COP/DET/FUS的蛋白直接抑制了植物的光形态建成，而这一过程主要是通过这类蛋白泛素化降解HY5等光形态建成的促进因子而完成的。在光照条件下，光抑制了COP/DET/FUS的活性，而导致HY5等促进因子的积累，从而调控大量的基因表达并促进光形态建成。

邓兴旺教授实验室发现了一个参与COP1-HY5核心调控模块的关键因子BBX21。BBX21含有两个保守的B-box蛋白结构域，具有转录活性。在黑暗下，COP1直接作用于BBX21进行泛素化，并促进其通过26S蛋白酶降解系统进行水解；在见光以后，由于COP1活性受到抑制，使得BBX21蛋白迅速积累。积累的BBX21直接结合到HY5启动子上的T/G-box顺式作用原件，并激活HY5的基因表达而提高HY5蛋白的丰度。适度积累的HY5调控着下游将近3000多个基因的表达，以确保植物的正常生长发育和对外界各种刺激的正确响应。该项研究揭示了一个光调控植物幼苗形态建成的重要分子机制，为进一步理解光调控植物生长发育信号通路具有重要意义。

该项研究工作于2016年6月20日以“BBX21, an Arabidopsis B-box protein, directly activates HY5 and is targeted by COP1 for 26S proteasome-mediated degradation”为题在线发表于Proceedings of National Academy Sciences（PNAS）。现代农学院（筹）邓兴旺教授为该研究论文的通讯作者。生命科学学院博士后许冬清和现代农学院（筹）江燕博士为该论文的并列第一作者。参与作者包括中国农业大学生物学院李继刚教授，瑞典哥德堡大学生物与环境科学系Magnus Holm教授和北京大学生命科学学院林芳博士。该研究工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室与北大-清华生命科学联合中心的资助。