鄧興旺實驗室陳浩東課題組發現光信號調控植物向重力性的分子機制

2020-12-05 中國生物技術網

光和重力是兩個核心物理環境因子，共同調控著植物的形態與向性，然而這兩個信號協同調控植物生長的分子機制還很不清楚。2020年7月20日，北京大學生命科學學院與現代農學院鄧興旺實驗室陳浩東課題組在《美國科學院院刊》（PNAS）上以Article的形式在線發表了題為 「Light modulates the gravitropic responses through organ-specific PIFs and HY5 regulation of LAZY4 expression in Arabidopsis」 的研究論文，揭示了光信號差異性地調控植物不同器官向重力性的分子機制。

光與重力對植物的調控緊密關聯，以種子植物幼苗階段為例，當種子在土壤中萌發後，根無論從哪個方向長出來，都會很快在重力的作用下調整為向下生長以固著和吸收營養水分，胚軸則逆重力快速向上生長以突破土壤；見光後，植物迅速開啟適合光合作用的光形態建成發育過程（頂端彎鉤打開、子葉打開延展），此後其生長方向同時受到光與重力的調控。

陳浩東課題組的研究發現，黑暗環境中，抑制光形態建成的轉錄因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) 能直接結合到重力信號正調控因子LAZY4基因的啟動子上並激活其表達，使植物的胚軸在暗中能維持很好的負向重力性，利於其向上生長突破土壤；見光後，PIFs蛋白迅速降解，LAZY4表達量下降，胚軸的負向重力性變差。在根中，促進光形態建成的轉錄因子ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) 可以直接結合到同一個靶基因LAZY4基因的啟動子上並激活其表達，從而促進根的正向重力性，有利於根向下扎得更深。總結起來，該研究揭示了光通過兩組不同的轉錄因子，器官特異性地調控重力信號因子LAZY4基因的表達，抑制胚軸的負向重力性卻促進根的正向重力性的機制。

光信號抑制胚軸的負向重力性卻促進根的正向重力性的分子機制

該工作在北京大學生命科學學院與現代農學院完成，博士後楊盼宇為本文的第一作者，鄧興旺教授和陳浩東副研究員為共同通訊作者。其他作者包括已畢業博士生文啟明、已出站博士後於仁波，在讀博士生韓雪。該研究得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學聯合中心的資助。

論文連結：

https://www.pnas.org/content/early/2020/07/17/2005871117

來源：北大生科院

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