Plant Cell | 北京大学邓兴旺研究组揭示植物光形态建成调控新机制

光是影响植物生长发育最重要的环境因子。植物响应外界光变化并调控自身生长发育的分子机制十分复杂。植物种子萌发后，下胚轴伸长破土而出，在感受到光信号后植物下胚轴伸长被抑制，子叶张开以接收更多光照，这种现象称为植物光形态建成 (Sullivan and Deng, 2003)。光形态建成过程涉及多个因子共同调控，包括核心抑制因子E3泛素连接酶COP1、正调控因子HY5等。

在黑暗条件下，COP1降解HY5，而在光照条件下，COP1则被多途径降解使得HY5可以大量积累，激活下游靶基因表达从而启动光形态建成。转录因子HY5下游靶基因超过3000个，这些基因均参与光信号介导的植物生长发育过程 (Lee et al., 2007; Zhang et al., 2011)。因此，COP1-HY5是植物从暗形态建成到光形态建成转化的中心调控元件。最近多项研究表明，多个BBX（B-box-containing）家族成员以正调控或负调控方式参与COP1-HY5介导的光形态建成调控网络 (Gangappa and Botto, 2014)，因此，BBX家族可能是该途径的关键调控因子。

近日，北京大学现代农学院邓兴旺研究组在The Plant Cell在线发表了题为“B-BOX DOMAIN PROTEIN28 Negatively Regulates Photomorphogenesis by Repressing the Activity of Transcription Factor HY5 and Undergoes COP1-mediated Degradation”的研究论文，揭示了BBX家族成员BBX28通过抑制HY5活性负调控植物光形态建成的分子机制。





研究人员首先通过表型鉴定发现拟南芥B-box结构域蛋白BBX28负调控植物光形态建成。bbx28突变体在光下下胚轴变短，而过表达植株则明显增长。遗传分析表明，BBX28参与HY5介导的光形态建成。进一步生化证据显示，BBX28通过与HY5蛋白的C末端相互作用，抑制HY5与下游靶基因启动子序列相结合，从而抑制HY5活性及其下游靶基因的表达。另一方面BBX28在遗传与生化方面均与COP1相互作用。黑暗条件下，BBX28与COP1互作并通过COP1介导的26S蛋白酶体途径降解。



COP1-BBX28-HY5调控光形态建成工作模型

以上这些结果表明，BBX28作为中心调控元件通过参与HY5-COP1调控网络，调控HY5的蛋白活性，从而精细调控植物光形态建成。

参考文献
Gangappa, S.N., and Botto, J.F. (2014). The BBX family of plant transcription factors. Trends Plant Sci. 19, 460-470.
Lee, J., He, K., Stolc, V., Lee, H., Figueroa, P., Gao, Y., Tongprasit, W., Zhao, H., Lee, I., and Deng, X.W. (2007). Analysis of transcription factor HY5 genomic binding sites revealed its hierarchical role in light regulation of development. Plant Cell 19, 731-749.
Sullivan, J.A., and Deng, X.W. (2003). From seed to seed: the role of photoreceptors in Arabidopsis development. Dev. Biol. 260, 289-297.
Zhang, H., He, H., Wang, X., Wang, X., Yang, X., Li, L., and Deng, X.W. (2011). Genome-wide mapping of the HY5-mediated gene networks in Arabidopsis that involve both transcriptional and post-transcriptional regulation. Plant J. 65, 346-358.

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