光和重力是兩個核心物理環(huán)境因子，共同調控著植物的形態(tài)與向性，然而這兩個信號協(xié)同調控植物生長的分子機制還很不清楚。2020年7月20日，北京大學現(xiàn)代農學院與生命科學學院鄧興旺實驗室陳浩東課題組在《美國科學院院刊》（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，揭示了光信號差異性地調控植物不同器官向重力性的分子機制。

　　光與重力對植物的調控緊密關聯(lián)，以種子植物幼苗階段為例，當種子在土壤中萌發(fā)后，根無論從哪個方向長出來，都會很快在重力的作用下調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受到光與重力的調控。

　　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)建成的轉錄因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) 能直接結合到重力信號正調控因子 LAZY4 基因的啟動子上并激活其表達，使植物的胚軸在暗中能維持很好的負向重力性，利于其向上生長突破土壤；見光后，PIFs蛋白迅速降解， LAZY4 表達量下降，胚軸的負向重力性變差。在根中，促進光形態(tài)建成的轉錄因子ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) 可以直接結合到同一個靶基因 LAZY4 基因的啟動子上并激活其表達，從而促進根的正向重力性，有利于根向下扎得更深。總結起來，該研究揭示了光通過兩組不同的轉錄因子，器官特異性地調控重力信號因子 LAZY4 基因的表達，抑制胚軸的負向重力性卻促進根的正向重力性的機制。

　　　　

　　光信號抑制胚軸的負向重力性卻促進根的正向重力性的分子機制

　　

　　該工作在北京大學現(xiàn)代農學院與生命科學學院完成，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研發(fā)計劃、國家自然科學基金、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學聯(lián)合中心的資助。

 

　　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