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北京大学发现光调控植物发育重要信号通路

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来源: 作者: 2019-05-16 23:54:51

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光提供了植物生长发育所需要的能量,同时光又是一种极为重要的信号,可以调控种子萌发、幼苗形态建成、开花等重要植物生长发育进程。幼苗的形态建成,对于植物是否能正常发育,能否存活都至关重要。深入了解光如何调控植物幼苗形态建成,有助于理解植物对环境的反应以及优化农业生产。

基于一系列遗传挑选实验,人们鉴定并且克隆了一类称为CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS/DE-ETIOLATED/FUSCA(COP/DET/FUS)的基因,这些因子的突变体在暗环境中就可以呈现光形态建成的表型。此外,通过筛选与光受体相互作用的因子,人们发现了一类被称为Phytochrome Interacting Factor(PIF)的因子。进一步的研究表明PIF1、PIF3、PIF4和PIF5的四突变体(pifq)在暗环境中也具有光形态建成表型。这两类因子均被称为光形态建成的抑制因子,它们对于维持幼苗出土前在暗中的正确生长起着决定性作用。在过去的十几年中,人们对这两类因子如何协同调控植物发育很感兴趣,但是其调控机制一直不清楚。

北京大学生命科学学院邓兴旺、陈浩东研究团队通过一系列份子生化研究发现,DE-ETIOLATED 1(DET1)可以与PIF1,PIF3,PIF4以及PIF5直接相互作用,进而稳定这些PIFs蛋白,共同保持植物在暗环境中的形态建成。遗传和转录组分析发现,PIFs蛋白位于DET1的下游,通过调控一系列与光形态建成相干基因的表达,从而在暗中发挥抑制植物光形态建成的功能。见光7步练出硕大肌肉块
之后,光信号通过多个层次的调控,快速解除这两类因子的抑制作用,使得植物可以迅速实现光形态建成,开始光合自养的生命进程。该发现大大深化了以往对于两类光形态建成抑制因子COP/DET/FUS和PIFs如何协同调控植物幼苗发育的认识。

上述成果于2014年9月23日发表于著名植物学杂志The Plant Cell上,题目是Arabidopsis DE-ETIOLATED1 Represses Photomorphogenesis by Positively Regulating Phytochrome-Interacting Factors in the Dark。该论文的第一作者是博士研究生董杰,通讯作者是陈浩东副研究员。此项工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部、农业部、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、与北京大学-清华生命科学联合中心的资助。

论文链接:

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