北京大學(xué)鄧興旺實(shí)驗(yàn)室朱丹萌課題組發(fā)現(xiàn)光形態(tài)建成關(guān)鍵促進(jìn)因子HY5功能新層面
光是植物賴以生存的能量來(lái)源與關(guān)鍵生長(zhǎng)發(fā)育信號(hào)。模式植物擬南芥幼苗在光下呈現(xiàn)短胚軸、子葉延展等典型特征。近二十年的研究工作構(gòu)建了以HY5?(ELONGATED?HYPOCOTYL 5) 為中央樞紐的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，奠定了HY5作為轉(zhuǎn)錄因子的“明星”地位。近期鄧興旺實(shí)驗(yàn)室朱丹萌課題組研究發(fā)現(xiàn)HY5在光下還可通過(guò)蛋白-蛋白直接互作增強(qiáng)BIN2 (BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2)?的激酶活性，抑制幼苗下胚軸伸長(zhǎng)。
油菜素內(nèi)酯(Brassinosteroid, BR)是一種能夠促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)的植物激素。BR信號(hào)通路中的關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子GSK3β蛋白激酶BIN2通過(guò)磷酸化轉(zhuǎn)錄因子BZR1 (BRASSINAZOLE-RESISTANT 1)?導(dǎo)致BZR1降解來(lái)抑制下胚軸伸長(zhǎng)。已有研究顯示在HY5過(guò)表達(dá)株系內(nèi)BZR1蛋白表達(dá)顯著下降，但調(diào)控機(jī)制未知。朱丹萌課題組發(fā)現(xiàn)，HY5在植物體內(nèi)可通過(guò)與BIN2直接互作增強(qiáng)BIN2激酶活性，促進(jìn)BZR1磷酸化及降解。隨著環(huán)境光強(qiáng)增加，植物可通過(guò)增加HY5含量來(lái)調(diào)節(jié)BIN2激酶活性從而精確抑制下胚軸伸長(zhǎng)。已有研究表明BIN2第200位的酪氨酸(Y200) 在動(dòng)植物中保守，且其自磷酸化比例越高酶活越強(qiáng)。此次研究發(fā)現(xiàn)HY5可促進(jìn)BIN2的Y200自磷酸化，同時(shí)確定HY5的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域是與BIN2互作并調(diào)節(jié)其激酶活性的關(guān)鍵所在。研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)人民大學(xué)龔新奇副教授合作開展了HY5與BIN2互作的動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)HY5結(jié)合BIN2后會(huì)促使BIN2改變其N端與C端相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，Y200更容易接近自身的激酶催化中心，從而增強(qiáng)其自磷酸化幾率。
綜上，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了HY5調(diào)控下胚軸伸長(zhǎng)的新方式(圖1A)，揭示了其介導(dǎo)的BR信號(hào)抑制機(jī)理(圖1B)，為GSK3β激酶活性調(diào)控研究提供了新視角。這項(xiàng)工作是繼研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)光形態(tài)建成抑制因子COP1抑制BIN2活性來(lái)促進(jìn)暗形態(tài)建成的非經(jīng)典功能 (Ling et al., 2017, PNAS )之后的又一新發(fā)現(xiàn)，并再次揭示光信號(hào)途徑重要因子“技多不愁”的有趣現(xiàn)象。
這項(xiàng)題為“Modulation of BIN2 kinase activity by HY5 controls hypocotyl elongation in the light”的研究成果于2020年3月27日在線發(fā)表于《自然?通訊》(Nature Communications，https://www.nature.com/articles/s41467-020-15394-7)。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院出站博士后李健為文章的第一作者。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院的鄧興旺教授、朱丹萌副研究員以及中國(guó)人民大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)研究院的龔新奇副教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃蛋白質(zhì)重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)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.nature.com/articles/s41467-020-15394-7
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