鄧興旺實(shí)驗(yàn)室陳浩東課題組發(fā)現(xiàn)光信號(hào)調(diào)控植物向重力性的分子機(jī)制
光和重力是兩個(gè)核心物理環(huán)境因子，共同調(diào)控著植物的形態(tài)與向性，然而這兩個(gè)信號(hào)協(xié)同調(diào)控植物生長的分子機(jī)制還很不清楚。2020年7月20日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院鄧興旺實(shí)驗(yàn)室陳浩東課題組在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上以Article的形式在線發(fā)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(hào)差異性地調(diào)控植物不同器官向重力性的分子機(jī)制。
光與重力對(duì)植物的調(diào)控緊密關(guān)聯(lián)，以種子植物幼苗階段為例，當(dāng)種子在土壤中萌發(fā)后，根無論從哪個(gè)方向長出來，都會(huì)很快在重力的作用下調(diào)整為向下生長以固著和吸收營養(yǎng)水分，胚軸則逆重力快速向上生長以突破土壤；見光后，植物迅速開啟適合光合作用的光形態(tài)建成發(fā)育過程（頂端彎鉤打開、子葉打開延展），此后其生長方向同時(shí)受到光與重力的調(diào)控。
陳浩東課題組的研究發(fā)現(xiàn)，黑暗環(huán)境中，抑制光形態(tài)建成的轉(zhuǎn)錄因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) 能直接結(jié)合到重力信號(hào)正調(diào)控因子 LAZY4 基因的啟動(dòng)子上并激活其表達(dá)，使植物的胚軸在暗中能維持很好的負(fù)向重力性，利于其向上生長突破土壤；見光后，PIFs蛋白迅速降解， LAZY4 表達(dá)量下降，胚軸的負(fù)向重力性變差。在根中，促進(jìn)光形態(tài)建成的轉(zhuǎn)錄因子ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) 可以直接結(jié)合到同一個(gè)靶基因 LAZY4 基因的啟動(dòng)子上并激活其表達(dá)，從而促進(jìn)根的正向重力性，有利于根向下扎得更深?？偨Y(jié)起來，該研究揭示了光通過兩組不同的轉(zhuǎn)錄因子，器官特異性地調(diào)控重力信號(hào)因子 LAZY4 基因的表達(dá)，抑制胚軸的負(fù)向重力性卻促進(jìn)根的正向重力性的機(jī)制。
光信號(hào)抑制胚軸的負(fù)向重力性卻促進(jìn)根的正向重力性的分子機(jī)制
該工作在北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院完成，博士后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(yè)博士生文啟明、已出站博士后于仁波，在讀博士生韓雪。該研究得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
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原文鏈接：https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2005871117 或 https://www.pnas.org/content/early/2020/07/17/2005871117?
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