HY5-DEWAX模塊調控植物UV-B耐受性的機制

2020-11-03 BioArt植物

Plant Physiol | HY5-DEWAX模塊調控植物UV-B耐受性的機制


責編 | 逸雲


植物通過不同類型的光受體感知環境光信號變化並誘導植物的適應性響應。其中，UVR8（UVB-resistance 8）感知紫外線（UV-B）輻射並通過激活靶基因的轉錄提高植物的紫外線耐受能力【1】。研究表明，UVR8在正常條件下保持二聚體狀態，但是植物暴露於UV-B後，UVR8會單體化並與COP1（CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS1）相互作用，UVR8-COP1進入細胞核並阻止HY5（ELONGATED HYPOCOTYL5）降解，之後，HY5通過激活涉及DNA損傷和修復、花青素合成和抗氧化物質產生相關的基因表達增強植物對UV-B輻射的耐受性【2,3】。此外，被子植物的頂端分生組織是植物與環境交互的重要界面，在開花後直接暴露於外界光照，因而常受到UV-B脅迫，但是目前尚不清楚頂端分生組織中不同細胞類型對UV-B脅迫的響應是否不同。


近日，印度Indian Institute of Science Education and Research 的Ram Kishor Yadav研究組在Plant Physiology在線發表了一篇題為ELONGATED HYPOCOTYL5 negatively regulates DECREASE WAX BIOSYNTHESIS to increase survival during UV-B stress的研究論文，揭示了DEWAX與HY5協同調控植物對UV-B耐受性的機制。



該研究表明，UV-B輻射會首先誘導頂端分生組織中表皮細胞和幹細胞的迅速死亡。對表皮細胞層富集的轉錄因子進行了T-DNA插入突變發現，hy5突變體對UV-B更為敏感。有趣的是，dewax突變體對UV-B的耐受能力顯著增強，且表皮細胞層保持完整，而過表達DEWAX株系對UV-B的耐受能力顯著降低，表明DEWAX負調控植物的UV-B耐受能力。


該研究還對DEWAX轉錄因子的下遊靶基因進行了鑑定，發現除了參與角質層生物合成的基因外，DEWAX還會負調控花青素和類黃酮生物合成相關的基因。相反，HY5促進花青素合成相關基因的表達，提高植物對UV-B的耐受能力。HY5在體內與DEWAX的啟動子直接結合，並且以劑量依賴性的方式負調控DEWAX的表達，從而促進花青素的生物合成。此外，通過基於細胞分選的表皮細胞層轉錄組研究，發現核心的UV-B脅迫信號轉導途徑基因是保守且上調的。


An illustrative sketch of HY5 and DEWAX gene regulatory network


總之，該研究表明HY5-DEWAX通過調控花青素的合成，從而介導植物對UV-B的耐受能力。該研究還強調了蠟質和花青素合成對植物非生物脅迫響應的關鍵作用。


參考文獻

【1】Tilbrook K, Arongaus AB, Binkert M, Heijde M, Yin R, Ulm R (2013) The UVR8 UV-B Photoreceptor: Perception, Signaling and Response. Arab B. doi: 10.1199/tab.0164

【2】Yin R, Skvortsova MY, Loubéry S, Ulm R (2016) COP1 is required for UV-B-induced nuclear accumulation of the UVR8 photoreceptor. Proc Natl Acad Sci U S A. doi: 10.1073/pnas.1607074113

【3】Hideg É, Jansen MA K, Strid Å (2013) UV-B exposure, ROS, and stress: Inseparable com panions or loosely linked associates? Trends

Plant Sci 18: 107–115


原文連結：

http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/10/21/pp.20.01304

相關焦點

  • PBJ| OsmiRNA166b-OsHox32模塊通過調控細胞壁生物合成來調節水稻的機械強度
    細胞壁組分受所有細胞壁生物合成基因的協同調控。　　OsmiR166b-OsHox32的模塊轉錄調控與MLG，纖維素和木質素生物合成相關基因的表達。通過短串聯靶模擬（STTM）技術敲低miR166b（STTM166b）或過表達OsHox32（OEHox32）的轉基因植物葉片下垂且莖變脆。與野生型植物相比，STTM166b和OEHox32植株木質素和纖維素含量降低，其細胞壁厚度減小。
  • 廣州大揭示生物鐘基因GmLHY調控大豆乾旱脅迫響應的分子機制
    . | 廣州大學劉寶輝/李美娜團隊揭示生物鐘基因GmLHY調控大豆乾旱脅迫響應的分子機制責編 | 逸雲>生物鐘在植物開花、植物激素生物合成和非生物脅迫響應等多種生物過程中起著重要作用。 LHY1a and LHY1b 調控大豆乾旱脅迫響應
  • 合作文章｜安諾助力白樺滲透耐受性機制研究
    ，從而引起滲透脅迫，破壞植物正常的生命活動，嚴重時導致植物死亡。同源域-亮氨酸拉鏈（HD-Zip）蛋白在植物發育和環境應答中發揮著重要作用，除了參與植物生長發育的功能外，還能夠響應非生物脅迫，然而，它們是如何通過調控基因表達來提高非生物脅迫耐受性仍未可知。
  • 模塊式植物表型分析技術方案(七) ——擬南芥UV脅迫的響應機制
    ​植物面對各種生物和非生物脅迫時，會調整它們的響應機制來優化發育和適應程序。UV輻射作為一種環境因子，會影響植物的光合過程並觸發細胞死亡。華沙生命科學大學的AnnaRusaczonek評估了紅/遠紅光感受器光敏色素A和光敏色素B在擬南芥UV脅迫響應中的作用。
  • 植物所在生物鐘調控水稻耐鹽性機制解析研究中獲進展
    生物鐘是內在的時間維持機制，在調節植物非生物脅迫響應過程中發揮關鍵作用，然而，目前關於水稻生物鐘核心組分是否參與耐鹽性調節及其相關機制尚不清楚。中國科學院植物研究所研究員王雷研究組發現，在轉錄水平，水稻生OsPRR（Oryza sativa Pseudo-Response Regulator）基因家族的5個成員中只有OsPRR73基因可以特異性地響應鹽脅迫信號。
  • 研究揭示天然反義轉錄本調控microRNA生物合成和植物抗熱性機制
    該研究組長期從事miRNA生物合成分子機制及其應用技術研究，曾在模式植物擬南芥和蔬菜作物白菜中識別出miRNA基因的天然反義轉錄本（natural antisense transcripts，NATs），新發表的論文首次報導miR398基因天然反義轉錄本調控miR398生物合成和植物抗熱性的新機制，研究結果為學界深入探究生物體內基因沉默和表達調控機制，在實踐中通過miRNA和天然反義轉錄本改良作物重要農藝性狀提供科學依據
  • 植物所在細胞極性生長調控機制研究中取得新進展
    相比動物細胞，植物細胞由於存在著剛性的細胞壁，細胞的定向生長對於植物細胞、組織和器官的形態建成至關重要。 　　花粉管生長是高等植物雙受精過程中的一個關鍵步驟，而且由於體外容易培養並能夠再現真實生長狀態下花粉管的各種特性，使得花粉管也成為一個研究細胞極性生長調控機制的理想單細胞實驗系統。
  • 研究發現Hippo通路成員MOB1調控茉莉酸及植物發育的機制
    Hippo信號通路在調控動物細胞分裂、器官大小和腫瘤發生方面起重要作用，是當前動物和醫學領域的研究熱點，但是植物中相關研究還比較少。MOB1是該通路的核心成員，在酵母、動物和植物中高度保守。中國科學院植物研究所程佑發研究組前期發現擬南芥MOB1A在生長素介導的植物生長發育過程中起重要作用(Cui et al.， 2016， PLoS Genetics)。為了進一步揭示擬南芥MOB1基因家族的作用，研究人員採用了遺傳學、生化、細胞生物學和組學等手段，發現MOB1A與MOB1B在體內相互作用，具有相似的表達模式和蛋白亞細胞定位。
  • Plant Cell | 硫化氫調控植物細胞自噬的新機制
    已有研究表明H2S通過獨立於活性氧的方式負調節擬南芥細胞自噬，但其具體機制尚不清楚。Plant Cell發表了題為Abscisic Acid-Triggered Persulfidation of the Cysteine Protease ATG4 Mediates Regulation of Autophagy by Sulfide 研究論文，揭示了H2S通過過硫化修飾抑制ATG4a蛋白酶活性，從而負調控細胞自噬的機制
  • 上海科學家在冬季低溫調控植物開花時間的表觀遺傳機制研究中取得...
    上海科學家在冬季低溫調控植物開花時間的表觀遺傳機制研究中取得重大進展 2017-10-26 15:39:00來源：央廣網
  • Nature Plants | HY5調控光形態建成功能的輔因子——BBX蛋白
    光不僅為植物的光合作用提供能量，而且還是一種重要的環境信號，調控植物生長和發育的多個過程。
  • 茉莉酸調控植物開花時間的分子機制
    茉莉酸調控植物開花時間的分子機制 來源：遺傳與發育生物學研究所   發布者：張薦轅   日期：2015-09-30   今日/總瀏覽：2/4188
  • 植物維管發育表觀調控機製取得進展
    該研究藉助獨特的擬南芥管狀分子異位誘導系統VISUAL（Vascular Induced System Using Arabidopsis Leaves），通過一系列的甲基化組和轉錄組分析，確定了DNA主動去甲基化在維管發育中的作用，並揭示了木質部管狀分子分化的表觀遺傳調控機制。
  • Molecular Cell:蛋白質翻譯後修飾調控植物脅迫反應
    甲基化修飾與一氧化氮(nitric oxide; NO)依賴的亞硝基化修飾是高度保守的蛋白質翻譯後修飾，這兩類修飾參與調控眾多生物學過程，包括調控非生物脅迫反應。但二者調控非生物脅迫的分子機制不甚清楚。
  • 遺傳發育所研究組在蛋白質翻譯後修飾調控植物脅迫反應研究中取得...
    甲基化修飾與一氧化氮(nitric oxide; NO)依賴的亞硝基化修飾是高度保守的蛋白質翻譯後修飾，這兩類修飾參與調控眾多生物學過程，包括調控非生物脅迫反應。但二者調控非生物脅迫的分子機制不甚清楚。
  • 版納植物園揭示AtWRKY53通過介導氣孔運動負調控植株抗旱性
    版納植物園揭示AtWRKY53通過介導氣孔運動負調控植株抗旱性 2015-07-17 西雙版納熱帶植物園 【字體：大 中 小】
  • 分子植物卓越中心揭示天然反義轉錄本調控microRNA生物合成和植物...
    該研究組長期從事miRNA生物合成分子機制及其應用技術研究，曾在模式植物擬南芥和蔬菜作物白菜中識別出miRNA基因的天然反義轉錄本（natural antisense transcripts，NATs），新發表的論文首次報導miR398基因天然反義轉錄本調控miR398生物合成和植物抗熱性的新機制，研究結果為學界深入探究生物體內基因沉默和表達調控機制，在實踐中通過miRNA和天然反義轉錄本改良作物重要農藝性狀提供科學依據
  • Nat Plants| 發現C3植物中可控制基因在維管束鞘細胞特異表達的調控模塊,加速C4水稻的構建
    發現C3植物中MYC-MYB模塊至少控制了47個基因在維管束鞘細胞中優先表達，是C3植物基因在維管束鞘細胞中優先表達的驅動因子。將C4光合作用機制引入C3作物中，除了可能提高氮和水的利用效率外，還可以提高光合作用的合成效率、生物量和產量。據預測，在水稻中實現C4光合作用途徑將使水稻產量增加50%，十多年來，這一直是國際學術界關注的焦點。
  • SnRK2激酶調控植物生長和脅迫響應的機制
    Nature Plants | SnRK2激酶調控植物生長和脅迫響應的機制撰文 | Qu GP已有研究表明ABA可以激活SnRK1活性，但其分子機制目前尚不清楚【1】。SnRK1活性和植物生長的分子機制。
  • 研究發現調控植物器官塑形的生物力學機制
    扁平化是葉片等植物器官最為常見的形狀之一。另一種常見的器官形狀是輻射對稱，如根、莖。不同的器官形狀如何產生是一個基本的發育生物學問題。多年來的分子遺傳學研究發現了眾多能夠影響植物器官形態的基因，但是這些基因怎樣介導器官三維形態的變化（又稱塑形）尚有待解析。中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室焦雨鈴研究組長期致力於植物器官塑形的研究。