Plant Cell | 鄧興旺課題組與合作者揭示光調(diào)控植物頂端彎鉤和子葉打開的分子機(jī)制
雙子葉植物在黑暗的土壤中進(jìn)行暗形態(tài)建成，具有一個(gè)頂端彎鉤和較小的閉合且黃化的子葉以保護(hù)脆弱的頂端分生組織在穿過土壤的過程中不受傷害；當(dāng)幼苗穿出土壤見到光之后，頂端彎鉤內(nèi)側(cè)細(xì)胞和子葉中的細(xì)胞會(huì)快速延展，促使頂端彎鉤和子葉迅速打開，以利于植物進(jìn)行光合作用。因此，光調(diào)控的頂端彎鉤和子葉的發(fā)育對植物存活意義重大。
光信號通路的信號因子（如光受體、COP1/DET1、PIFs等）調(diào)控植物光形態(tài)建成和暗形態(tài)建成的機(jī)制已經(jīng)研究得比較清楚了，但是這些信號因子是如何調(diào)控細(xì)胞不對稱伸長從而最終影響不同植物器官的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的目前還很不清楚。2020年10月22日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院與現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺實(shí)驗(yàn)室與西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏寧博士合作在《Plant Cell》上發(fā)表了題為“SAUR17 and SAUR50 Differentially Regulate PP2C-D1 during Apical Hook Development and Cotyledon Opening in Arabidopsis”的研究論文，揭示了光調(diào)控幼苗頂端彎鉤和子葉打開的分子機(jī)制。
本研究發(fā)現(xiàn)的具體分子機(jī)制是：發(fā)現(xiàn)有兩組功能不同的SAUR基因參與調(diào)控光介導(dǎo)的子葉和頂端彎鉤打開的過程，一組以SAUR17為代表，另一組以SAUR50為代表。在黃化苗的子葉和頂端彎鉤中，SAUR17蛋白大量的積累并優(yōu)先與磷酸酶PP2C-D1結(jié)合，使得少量存在的SAUR50不能與磷酸酶PP2C-D1結(jié)合，保持酶活的PP2C-D1抑制了子葉和頂端彎鉤內(nèi)側(cè)細(xì)胞的伸長，進(jìn)而維持了暗中黃化苗子葉和頂端彎鉤的閉合。而在去黃化過程中，SAUR17的轉(zhuǎn)錄被光快速地抑制，SAUR17的蛋白水平迅速下降，與此同時(shí)，SAUR50的轉(zhuǎn)錄被光快速上調(diào)，SAUR50的蛋白大量積累并與磷酸酶PP2C-D1結(jié)合，抑制了磷酸酶PP2C-D1的活性，從而解除PP2C-D1對子葉和頂端彎鉤內(nèi)側(cè)細(xì)胞伸長的抑制，最終促使子葉和頂端彎鉤打開。
本研究揭示了光信號調(diào)控植物發(fā)育的重要機(jī)制，具體亮點(diǎn)有：1. 鑒定到了一個(gè)新的暗形態(tài)建成的效應(yīng)子SAUR17。SAUR17特異地在暗中黃化苗的子葉和頂端彎鉤處高表達(dá)，維持著黃化苗子葉和頂端彎鉤的閉合。2. 發(fā)現(xiàn)SAUR17的生化功能和此前報(bào)道的其他SAUR的功能不同。SAUR17與磷酸酶PP2C-D1具有更強(qiáng)的親和力，但不抑制PP2C-D1的酶活，這樣SAUR17可以競爭性地與磷酸酶PP2C-D1結(jié)合從而解除其他SAUR對PP2C-D1酶活的抑制。3. 發(fā)現(xiàn)在79個(gè)SAUR和9個(gè)磷酸酶PP2C-D中，SAUR17-PP2C-D1這一組合是黃化苗體內(nèi)主要存在的形式，在調(diào)控黃化苗子葉和頂端彎鉤細(xì)胞伸長方面發(fā)揮著重要作用。
光調(diào)控頂端彎鉤和子葉打開的分子機(jī)制
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士生汪加軍為論文的第一作者，西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏寧博士和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院及現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺教授為通訊作者。其他作者包括已畢業(yè)博士生孫寧、前沿交叉學(xué)科研究院在讀博士生張芳芳、已出站博士后于仁波，以及清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳浩東研究員。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。
論文鏈接：http://www.plantcell.org/content/early/2020/10/22/tpc.20.00283
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