2016年12月5日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Cell子刊《Developmental Cell》以封面文章發(fā)表了北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院(籌)鄧興旺教授和生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究員合作完成的原創(chuàng)研究成果，題目為“The Red Light Receptor Phytochrome B Directly Enhances Substrate-E3 Ligase Interactions to Attenuate Ethylene Responses”。雜志同期發(fā)表了國(guó)際著名植物學(xué)家Jose M. Alonso教授撰寫的評(píng)述文章和亮點(diǎn)推薦。該研究發(fā)現(xiàn)出土幼苗快速調(diào)整其形態(tài)發(fā)育轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理，揭示了出土前后環(huán)境因子直接調(diào)控植物內(nèi)源激素信號(hào)通路的關(guān)鍵蛋白質(zhì)作用機(jī)制。
On the cover: Plants germinated under soil produce ethylene to exaggerate apical hook formation and to repress cotyledon opening, crucial adaptations protecting seedlings from mechanical injuries during soil penetration. Upon reaching the surface, light triggers de-etiolation, a critical transition to photosynthetic growth characterized by apical hook opening, and cotyledon greening and expansion. This fast and dramatic transition requires rapid termination of ethylene responses. To learn how light rapidly turns off ethylene signaling upon seedling soil emergence, see Shi et al., pp. 597–610.
土壤中萌發(fā)的植物幼苗處于黑暗環(huán)境，需克服土壤機(jī)械壓力向上生長(zhǎng)出土。機(jī)械壓力激活植物合成氣體激素乙烯調(diào)控其在土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育。乙烯強(qiáng)烈抑制幼苗子葉打開，并使得幼苗在頂端形成彎鉤，保護(hù)頂端分生組織免受機(jī)械損傷，促進(jìn)幼苗順利出土。當(dāng)幼苗到達(dá)土壤表面破土而出時(shí)，環(huán)境發(fā)生劇烈變化，幼苗從黑暗迅速轉(zhuǎn)入強(qiáng)光照射，且頂端不再承受土壤機(jī)械壓力。幼苗子葉快速打開擴(kuò)展，合成葉綠素，實(shí)現(xiàn)光合自養(yǎng)。但出土幼苗如何快速調(diào)整其形態(tài)發(fā)育適應(yīng)環(huán)境劇變的分子機(jī)理尚未清楚。
光激活受體phyB直接調(diào)控EIN3蛋白降解，抑制乙烯反應(yīng)的作用模型
在本研究中，現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院(籌)鄧興旺和生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)幼苗破土而出時(shí)，被強(qiáng)光照射激活的光受體phyB能與乙烯信號(hào)通路核心轉(zhuǎn)錄因子EIN3蛋白直接相互作用，且同時(shí)直接結(jié)合降解EIN3的F-box蛋白EBF1和EBF2。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)phyB與EIN3及EBF1/EBF2的直接相互作用顯著增強(qiáng)了EBF1/EBF2對(duì)EIN3的結(jié)合，激活SCFEBF1/EBF2 E3泛素化連接酶快速降解EIN3蛋白。通過該蛋白質(zhì)作用機(jī)制，光照迅速切斷植物乙烯信號(hào)通路，解除乙烯對(duì)幼苗形態(tài)發(fā)育的調(diào)控，使得幼苗頂端彎鉤和子葉打開擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)出土后的形態(tài)發(fā)育快速轉(zhuǎn)變，適應(yīng)出土前后的環(huán)境劇變。
該研究揭示了環(huán)境因子光直接調(diào)控植物內(nèi)源激素信號(hào)通路的分子機(jī)理，為研究植物怎樣適應(yīng)環(huán)境變化這一基本生物學(xué)問題建立新穎分子模型。同時(shí)，該研究大大加深了我們對(duì)出土幼苗形態(tài)發(fā)育轉(zhuǎn)變的認(rèn)識(shí)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上怎樣提高農(nóng)作物出土存活效率提供必要理論基礎(chǔ)。
北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院（籌）鄧興旺教授和生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究員為該論文的通訊作者。生命科學(xué)學(xué)院博士后施慧和技術(shù)員申醒為論文的共同第一作者。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
原文鏈接：http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30758-4
評(píng)述鏈接：http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30825-5