Plant Cell:光调控植物发育重要信号通路

摘要 : 北京大学生命科学学院邓兴旺、陈浩东研究团队在新研究中，揭示光形态建成抑制因子COP/DET/FUS和PIF协同调控植物发育新机制。该发现大大深化了以往对于两类光形态建成抑制因子COP/DET/FUS和PIFs如何协同调控植物幼苗发育的认识。相关文章发表于2014年9月23日的《The Plant Cell》杂志上。

光提供了植物生长发育所需要的能量，同时光又是一种极其重要的信号，可以调控种子萌发、幼苗形态建成、开花等重要植物生长发育过程。幼苗的形态建成，对于植物是否能正常发育，能否存活都至关重要。深入了解光如何调控植物幼苗形态建成，有助于理解植物对环境的反应以及优化农业生产。

基于一系列遗传筛选实验，人们鉴定并且克隆了一类称为CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS/DE-ETIOLATED/FUSCA(COP/DET/FUS)的基因，这些因子的突变体在暗环境中就可以呈现光形态建成的表型。此外，通过筛选与光受体相互作用的因子，人们发现了一类被称为Phytochrome Interacting Factor(PIF)的因子。进一步的研究表明PIF1、PIF3、PIF4和PIF5的四突变体(pifq)在暗环境中也具有光形态建成表型。这两类因子均被称为光形态建成的抑制因子，它们对于维持幼苗出土前在暗中的正确生长起着决定性作用。在过去的十几年中，人们对于这两类因子如何协同调控植物发育很感兴趣，然而其调控机制一直不清楚。

北京大学生命科学学院邓兴旺、陈浩东研究团队通过一系列分子生化研究发现，DE-ETIOLATED 1(DET1)可以与PIF1，PIF3，PIF4以及PIF5直接相互作用，进而稳定这些PIFs蛋白，共同维持植物在暗环境中的形态建成。遗传以及转录组分析发现，PIFs蛋白位于DET1的下游，通过调控一系列与光形态建成相关基因的表达，从而在暗中发挥抑制植物光形态建成的功能。见光之后，光信号通过多个层次的调控，快速解除这两类因子的抑制作用，使得植物可以迅速实现光形态建成，开始光合自养的生命进程。该发现大大深化了以往对于两类光形态建成抑制因子COP/DET/FUS和PIFs如何协同调控植物幼苗发育的认识。

上述成果于2014年9月23日在线发表于著名植物学杂志The Plant Cell上。该论文的第一作者是博士研究生董杰，通讯作者是陈浩东副研究员。此项工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部、农业部、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。

原文摘要：

Arabidopsis DE-ETIOLATED1 Represses Photomorphogenesis by Positively Regulating Phytochrome-Interacting Factors in the Dark

Jie Dong, Dafang Tang, Zhaoxu Gao, Renbo Yu, Kunlun Li, Hang He,William Terzaghi, Xing Wang Deng and Haodong Chen

Arabidopsis thaliana seedlings undergo photomorphogenic development even in darkness when the function of DE-ETIOLATED1 (DET1), a repressor of photomorphogenesis, is disrupted. However, the mechanism by which DET1 represses photomorphogenesis remains unclear. Our results indicate that DET1 directly interacts with a group of transcription factors known as the phytochrome-interacting factors (PIFs). Furthermore, our results suggest that DET1 positively regulates PIF protein levels primarily by stabilizing PIF proteins in the dark. Genetic analysis showed that each pif single mutant could enhance thedet1-1 phenotype, and ectopic expression of each PIF in det1-1 partially suppressed the det1-1 phenotype, based on hypocotyl elongation and cotyledon opening angles observed in darkness. Genomic analysis also revealed that DET1 may modulate the expression of light-regulated genes to mediate photomorphogenesis partially through PIFs. The observed interaction and regulation between DET1 and PIFs not only reveal how DET1 represses photomorphogenesis, but also suggest a possible mechanism by which two groups of photomorphogenic repressors, CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS/DET/FUSCA and PIFs, work in concert to repress photomorphogenesis in darkness.

作者：北京大学

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