Nucleic Acids Res:中科院华南植物园刘勋成研究组揭示光调控种子萌
2017年4月21日，国际核酸类重要学术期刊《Nucleic Acids Research》杂志在线发表了中国科学院华南植物园研究员刘勋成团队在光调控种子萌发的分子机制研究进展，研究论文题为Identification of HDA15-PIF1 as a key repression module directing the transcriptional network of seed germination in the dark 。
1952年，美国Beltsville农业研究中心Borthwick和hendricks以单色光处理莴苣种子，发现红光促进莴苣种子萌发，而远红光照射则逆转这一过程。在此发现的基础上，研究人员成功地从植物中鉴定分离出了第一类光受体——感受红光和远红光的光敏色素，从此开启了植物光信号研究的新篇章。在萌动的种子中，光敏色素以生理失活型(Pr)合成，在红光(或强自然光)照射下，Pr型转化为生理活跃型(Pfr)，诱导种子内发生一系列基因转录及代谢反应，从而启动种子萌发过程。然而，光敏色素如何精细调控下游的基因转录网络，其机制有待进一步研究。
研究团队以模式植物拟南芥为研究材料，鉴定出一个关键的参与光调控种子萌发的抑制因子——组蛋白去乙酰化酶HDA15。遗传学分析发现，在拟南芥中突变HDA15基因促进光敏色素B(PHYB)介导的种子萌发，而过量表达HDA15基因则抑制这一过程;进而研究发现HDA15在遗传学上作用于PHYB下游，且HDA15抑制种子萌发依赖于一个关键的转录因子——PIF1蛋白。生化及转录网络分析显示，在远红光(或弱自然光)条件下，HDA15-PIF1在种子内发生蛋白互作，形成一个重要的转录抑制模块，共同抑制了包括赤霉素和生长素信号以及细胞壁水解等与萌发密切相关的267个基因的表达。进一步研究表明，HDA15-PIF1模块通过组蛋白去乙酰化作用降低萌发相关基因的转录活性和表达，从而抑制种子萌发的起始;相反，在红光(或强自然光)照射下，活化的PHYB诱导HDA15-PIF1模块从萌发相关基因上解离，解除转录抑制，从而起始种子的萌发。
研究揭示了HDA15-PIF1为光敏色素介导的种子萌发途径中一个重要的基因转录调控模块。在不利的生长条件如黑暗时，植物种子通过该模块抑制基因转录从而维持休眠状态;而待阳光充足气温上升时，该模块自动解除，植物得以正常萌发和生长。该研究成果将为提高农作物种子萌发率的分子育种设计提供新的思路和理论指导。
HDA15-PIF1参与光调控种子萌发的分子机制
原文链接：
Identification of HDA15-PIF1 as a key repression module directing the transcriptional network of seed germination in the dark
原文摘要：
Light is a major external factor in regulating seed germination. Photoreceptor phytochrome B (PHYB) plays a predominant role in promoting seed germination in the initial phase after imbibition, partially by repressing phytochrome-interacting factor1 (PIF1). However, the mechanism underlying the PHYB-PIF1-mediated transcription regulation remains largely unclear. Here, we identified that histone deacetylase15 (HDA15) is a negative component of PHYB-dependent seed germination. Overexpression of HDA15 inArabidopsis inhibits PHYB-dependent seed germination, whereas loss of function of HDA15 increases PHYB-dependent seed germination. Genetic evidence indicated that HDA15 acts downstream of PHYB and represses seed germination dependent on PIF1. Furthermore, HDA15 interacts with PIF1 bothin vitro and in vivo. Genome-wide transcriptome analysis revealed that HDA15 and PIF1 co-regulate the transcription of the light-responsive genes involved in multiple hormonal signaling pathways and cellular processes in germinating seeds in the dark. In addition, PIF1 recruits HDA15 to the promoter regions of target genes and represses their expression by decreasing the histone H3 acetylation levels in the dark. Taken together, our analysis uncovered the role of histone deacetylation in the light-regulated seed germination process and identified that HDA15-PIF1 acts as a key repression module directing the transcription network of seed germination.
作者：刘勋成
