植生生态所科研人员揭示蓝光和环境温度协同调控植物下胚轴伸长的新机制

12月22日，美国科学院院报（PNAS）杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所刘宏涛课题组题为“Cryptochrome 1 interacts with PIF4 to regulate high temperature mediated hypocotyl elongation in response to blue light”的研究论文，本文揭示了两个关键环境信号蓝光信号和环境温度信号协同调控拟南芥下胚轴伸长的分子机制。

隐花素CRY是光裂解酶类似的蓝光受体，在模式植物拟南芥中的主要功能是调控下胚轴伸长和光周期诱导的开花时间。CRY1调控下胚轴伸长的分子机制尚不清楚，也一直没有以蓝光依赖形式与CRY1结合的转录因子被报道。光和环境温度作为最重要的两种环境信号，对植物的生长发育及其地理分布具有非常重要的影响。光和环境温度这两种重要的环境信号如何相互作用进而协同调控植物发育亟待进一步研究。

刘宏涛研究组研究发现在模式植物拟南芥中，蓝光抑制温度升高引起下胚轴伸长，并且这一过程依赖于CRY1。CRY1对温度响应至关重要，CRY1 缺失突变体对温度升高更敏感，在温度升高时下胚轴伸长更显著。而CRY1过表达转基因植株则对温度变化不敏感。PIF4是红光受体PHYB的结合蛋白，也是温度信号的关键因子。进一步的研究表明CRY1通过与PIF4以蓝光依赖的形式结合而调控PIF4 在高温条件下的转录活性。CRY1-PIF4通过调控温度升高时生长素合成基因YUC8的表达，调控生长素合成及下胚轴伸长。CRY1通过与PIF4相互作用而直接结合到YUC8等基因的启动子上直接调控基因表达，以实现环境信号对基因表达的快速调控。以上结果说明PIF4是蓝光、红光和温度信号通路相互作用的关键蛋白，同时也表明，蓝光、红光以及环境温度可以通过使用同一个转录因子PIF4实现功能整合，协同调控植物生长发育。

该研究得到了国家自然科学基金委员会和中国科学院等项目的资助。（植生生态所）