上海交大在Plant Cell揭示植物光信号转导新机制
近日，上海交通大学杨洪全课题组阐释了模式植物拟南芥PIL1蛋白通过与光形态建成的关键负调控因子COP1以及红光受体phyB相互作用来调控光形态建成的分子机理。相关文章发表于2014年6月20日的《The Plant Cell》杂志上。
光是最重要的环境因子，不仅是植物光合作用的能量来源，也是调控植物生长发育的信号来源。植物通过内在感应光的信号分子——光受体介导的信号转导途径来调控植物的生长发育。在模式植物拟南芥中，隐花素 (CRY) 和光敏素 (PHY) 是两种极为重要的光受体。它们分别感受及转导蓝光和红光/远红光信号。在拟南芥光受体的下游存在一个含有锌指结构域的E3泛素连接酶——COP1。光受体和COP1直接相互作用，导致COP1活性受抑制，并使其下游的转录因子例如：HY5、HFR1发生积累，从而促进光形态建成。在红光/远红光受体光敏素 (PHY)下游还存在一类转录因子PIFs，发挥负调控光形态建成的作用。
在红光下，红光受体phyB进入细胞核中，一方面抑制COP1活性并促进其出核，另一方面促进PIFs蛋白降解，从而促进光形态建成。但是目前还不清楚是否存在更多的因子参与phyB-COP1信号转导通路，以及它们共同调控光形态建成的分子机制。
首先，该研究通过一系列生化试验分析，发现PIL1是COP1下游新的相互作用因子，并阐释了PIL1调控光形态建成的分子机理。通过酵母双杂交、体内蛋白质共定位及免疫共沉淀(Co-IP)等分析， 揭示了COP1和PIL1存在直接的蛋白相互作用，该互作促进PIL1在黑暗下发生依赖于26S蛋白酶体的降解。通过构建cop1 pil1，cop1 hfr1，cop1 pil1 hfr1和pil1 hfr1等突变体，并进行遗传关系分析，结果发现PIL1和HFR1在遗传上都上位于COP1调控光形态建成。PIL1和HFR1直接相互作用，协同促进光形态建成。
其次，该研究通过酵母双杂交、蛋白质体内共定位、双分子荧光互补 (BiFC) 和 Co-IP 分析，揭示了拟南芥phyB和PIL1存在直接的依赖于红光的蛋白相互作用，并且该相互作用会促进PIL1和COP1在红光下的解离，从而增强PIL1蛋白在红光下的稳定性。遗传关系分析表明，PIFs位于PIL1的下游调控光形态建成。生化和基因表达分析表明，PIL1与PIFs (PIF1，PIF3, PIF4和PIF5) 发生直接的蛋白相互作用，并同HFR1一道共同在红光照射的初期快速抑制PIFs的转录活性。
上述研究揭示了PIL1和HFR1作为光形态建成的正调控因子与PIFs相互拮抗，在phyB和COP1下游共同参与光形态建成的精细调控。
该研究得到了国家自然科学基金委、国家教育部创新研究团队项目的支持。
原文摘要：
Qian Luo, Hong-Li Lian, Sheng-Bo He, Ling Li, Kun-Peng Jia and Hong-Quan Yang
In Arabidopsis thaliana, the cryptochrome and phytochrome photoreceptors act together to promote photomorphogenic development. The cryptochromeand phytochrome signaling mechanisms interact directly withCONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1 (COP1), a RING motif–containing E3 ligase that acts to negatively regulate photomorphogenesis. COP1 interactswith and ubiquitinates the transcription factors that promote photomorphogenesis, such as ELONGATED HYPOCOTYL5 and LONG HYPOCOTYLIN FAR-RED1 (HFR1), to inhibit photomorphogenic development. Here, we show that COP1 physically interacts with PIF3-LIKE1 (PIL1) and promotesPIL1 degradation via the 26S proteasome. We further demonstrate that phyBphysically interacts with PIL1 and enhances PIL1 protein accumulation upon red light irradiation, probably through suppressing the COP1–PIL1 association. Biochemical and genetic studies indicate that PIL1 and HFR1 form heterodimersand promote photomorphogenesis cooperatively. Moreover, we demonstrate thatPIL1 interacts with PIF1, 3, 4, and 5, resulting in the inhibition of the transcription of PIF direct-target genes. Our results reveal that PIL1 stability isregulated by phyB and COP1, likely through physical interactions, and thatPIL1 coordinates with HFR1 to inhibit the transcriptional activity of PIFs, suggesting that PIL1, HFR1, and PIFs constitute a subset of antagonistic basic helix-loop-helix factors acting downstream of phyB and COP1 to regulatephotomorphogenic development.
作者：上海交通大学
