中科院研究发现紫外光调控植物生长发育

2018-05-04 09:02:18 中科院植生所 111

中科院研究发现紫外光调控植物生长发育

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最新研究发现了紫外光UV-B与内源油菜素甾醇信号协同调控生长的新机制,紫外光UV-B可以作为信号调控植物发育,如抑制植物伸长,促进子叶张开、类黄酮和花青素积累等。

2018年2月2日,《Developmental Cell》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“UVR8 interacts with BES1 and BIM1 to regulate transcription and photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文,该文揭示了紫外线灯的紫外光UV-B与内源油菜素甾醇信号协同调控生长的新机制。
紫外光UV-B可以作为信号调控植物发育,如调控光形态建成(抑制植物伸长、促进子叶张开以利于光合作用,促进类黄酮和花青素积累以防晒抗逆等)。光形态建成是植物幼苗出土后由黑暗环境转入光照条件下的必经发育过程。正常的 UV-B 光形态建成不仅促进植物生物量的增加,也能够增强植物抵御 UV-B 损伤与病虫害侵袭的能力。UVR8 (UV RESISTANCE LOUCS 8)是植物中紫外光UV-B受体,直到2011年才被报道,具体信号传递机制并不清楚,因此其信号传递机制研究不仅具有重要理论意义,还将为作物育种提供理论依据。

刘宏涛研究组的研究发现,UVR8能够直接结合油菜素甾醇(BR)信号转导中的关键转录因子BIM1、BES1,它们以不依赖于紫外光UV-B的形式结合,但UV-B照射后,细胞核中UVR8-BES1蛋白复合体量增加,表明UV-B照射激活UVR8促使其形成单体并在细胞核中富集,进而和细胞核定位的BES1结合。uvr8突变体表现出对BR更敏感,表明UV-B通过抑制植物内源激素油菜素甾醇促进的生长而实现对伸长的抑制。全基因组表达分析结果显示BES1和UV-B共同调控大量基因表达,包括细胞伸长相关基因。UVR8蛋白直接结合被BR激活的、具有DNA结合能力的非磷酸化BES1,并抑制其DNA结合活性。UV-B激活的、定位于细胞核的UVR8能够通过抑制BES1/BIM1结合DNA的能力而直接抑制下游生长相关基因表达,从而抑制伸长及光形态建成。这些结果说明植物生长灯UV-B促进的、BR依赖的UVR8-BES1/BIM1结合是光受体UVR8信号转导的早期机制,也是外源光信号和内源油菜素甾醇信号协同调控植物发育的整合点。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部和中国科学院等项目的资助。

中科院研究发现紫外光调控植物生长发育A hypothetical model depicting UVR8 acts with BES1/BIM1 to regulate transcription and photomorphogenesis in Arabidopsis.
2018年1月30日,《Nature Plants》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“UVR8 interacts with WRKY36 to regulate HY5 transcription and hypocotyl elongation in Arabidopsis”的研究论文,该文揭示了紫外光UV-B调控植物光形态建成的新机制。
    紫外光UV-B可以作为信号调控植物发育,如抑制植物伸长,促进子叶张开、类黄酮和花青素积累等。UVR8 (UV RESISTANCE LOUCS 8)是植物中紫外光UV-B受体,是所有光受体中最后被发现的,直到2011年才被报道,具体信号传递机制并不清楚。UVR8经UV-B照射激活后,由二聚体变为单体并在细胞核中富集。UVR8一定要在细胞核中才能发挥功能,其是否在细胞核中直接调控基因转录亟待进一步研究。

       刘宏涛课题组的研究发现,UVR8可以与一个功能未知的新的转录因子WRKY36以不依赖UV-B的形式直接结合。紫外光UV-B照射促进细胞核内UVR8-WRKY36复合体形成。WRKY36对植物响应UV-B至关重要,WRKY36的缺失突变体在白光条件下下胚轴变短,但在UV-B条件下下胚轴伸长基本与野生型一致,表明WRKY36是下胚轴伸长的正调控因子,负调控UV-B抑制的下胚轴伸长。进一步的研究表明WRKY36通过直接抑制光形态建成关键基因HY5表达而促进生长,UV-B激活的UVR8形成单体,并进入细胞核直接结合WRKY36而抑制其结合HY5启动子,进而促进HY5表达而抑制伸长。这些结果表明WRKY36是HY5和光形态建成的负调控因子,而UV-B通过UVR8直接抑制WRKY36,进而促进HY5表达及光形态建成。UVR8与WRKY36的结合是UV-B信号转导的早期机制,UVR8-WRKY36-HY5 是一条全新的UV-B信号通路。以上研究表明UVR8与转录因子的直接结合是其信号转导的早期机制,UVR8在细胞核中才能发挥功能因为其要在细胞核中直接结合转录因子WRKY36而直接调控转录。该研究得到了科技部,国家自然科学基金委员会和中国科学院等项目的资助。

中科院研究发现紫外光调控植物生长发育Hypothetical model depicting how UVR8 acts with WRKY36 to regulate transcription and photomorphogenesis in Arabidopsis.
来源:中科院植生所