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Nature Plants:南京师范大学朱自强副研究组揭示隐花色素与PIF在不同蓝光强度与温度下作用机制

摘要 : 2016年3月2日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表南京师范大学生命科学学院朱自强副教授与美国加州大学洛杉矶分校林辰涛教授合作的一篇“新闻-观点”文章

 2016年3月2日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表南京师范大学生命科学学院朱自强副教授与美国加州大学洛杉矶分校林辰涛教授合作的一篇“新闻-观点”文章,文章提出了一种可能的工作模型解释隐花色素与PIF在不同蓝光强度与温度下的作用方式。南京师范大学为第一署名单位,朱自强副教授为论文通讯作者。

光既为植物光合作用提供能量,又是调控植物生长发育的重要外源信号分子。最常见的光反应是光对植物下胚轴伸长的抑制,暗中生长的植物下胚轴伸长,而光下生长的植物下胚轴明显缩短。红光/远红光和蓝光分别通过红光/远红光受体光敏色素(Phytochrome)和隐花色素(Cryptochrome)接收光并将光信号传递到光受体下游的转录因子调控基因表达,引起光反应。过去的研究发现黑暗中bHLH类转录因子PIF蛋白活性高,调控与细胞伸长相关的基因表达从而引起下胚轴伸长。在红光/远红光照射条件下,光敏色素与PIF转录因子结合后促进PIF蛋白降解,从而解除PIF对细胞伸长的促进作用。但蓝光是否通过PIF转录因子调控下胚轴伸长还不清楚。

美国索克研究所Joanne Chory院士实验室在研究低蓝光照度下的植物避荫反应时发现蓝光受体隐花色素(CRY1/2)可以直接结合PIF转录因子并调控PIF的蛋白活性,该研究成果于2016年初发表在《细胞》杂志。与此同时,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研究员课题组报道蓝光可以抑制高温对植物下胚轴伸长的促进作用,其机制也是通过隐花色素受体与PIF转录因子互作而实现,研究成果发表在2016年《美国科学院院报》。

这两项独立研究成果分别发现隐花色素可以与PIF转录因子互作,打破了传统意义上认为PIF只在红光/远红光下起作用的固有思维。此外隐花色素与PIF互作在低蓝光照度下主要调控与植物细胞壁合成相关基因表达,而在高温下调控生长素合成相关基因表达,暗示隐花色素与PIF互作在不同环境条件下可能最后的信号输出方式有所不同。

研究人员推测在高强度蓝光照射或正常温度条件下,隐花色素与PIF之间的蛋白相互作用强,隐花色素抑制PIF的转录因子活性从而抑制下游基因表达,使植物表现为缩短的下胚轴;而在低蓝光照度或高温条件下,隐花色素与PIF之间的蛋白相互作用变弱,从而提高了PIF活性激活下游基因表达,促进下胚轴伸长。这一模型是否正确还有待进一步的实验验证。

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图:隐花色素(CRY1/2)与PIF转录因子介导不同强度蓝光与温度对植物下胚胎伸长的调控机制模型

原文链接:

Photomorphogenesis: When blue meets red

原文摘要:

Unable to run away, plants adapt to environmental changes by adjusting their development. Two recent publications explore the unexpected contribution of blue light photoreceptors in the growth response to shade and warm temperatures.

来源: Nature Plants 浏览次数:0

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