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近日，我校生命科學(xué)學(xué)院鐘伯堅(jiān)教授課題組揭示了綠色植物UV-B信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的起源和演化歷史。該研究成果以《Origin and adaptive evolution of UV RESISTANCE LOCUS 8-mediated signaling during plant terrestrialization》為題發(fā)表于植物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Plant Physiology（5年影響因子8.97）。

紫外光UV-B是重要的信號(hào)分子，在植物生長(zhǎng)、代謝和發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用，如調(diào)控光形態(tài)建成（抑制植物伸長(zhǎng)、促進(jìn)子葉張開(kāi)，促進(jìn)類(lèi)黃酮和花青素積累以防曬抗逆等）。在植物征服陸地的過(guò)程中，其逐漸進(jìn)化出了復(fù)雜的感知和傳導(dǎo)UV-B信號(hào)的通路。UVR8（UV RESISTANCE LOCUS 8）是目前已知綠色植物中唯一能夠感知UV-B輻射和傳遞UV-B信號(hào)的光受體，它可以通過(guò)與下游轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生相互作用完成一系列UV-B響應(yīng)過(guò)程。但是，植物中UVR8介導(dǎo)的UV-B信號(hào)通路的起源和演化歷程仍有爭(zhēng)議。

鐘伯堅(jiān)教授課題組利用比較基因組學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育學(xué)等方法，在79種代表性植物基因組中對(duì)UV-B受體UVR8及其信號(hào)通路中的核心元件（RUP、COP1、SPA、HY5、HYH、BES1、BIM1、WRKY36、MYB73、MYB77、MYB13和PIFs）進(jìn)行起源與演化研究。研究發(fā)現(xiàn)UVR8呈現(xiàn)出非常保守的演化歷史，而下游的負(fù)調(diào)控因子及轉(zhuǎn)錄因子的演化歷程與綠色植物的演化歷程不同。植物中經(jīng)典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP信號(hào)通路起源于綠藻，該信號(hào)通路的起源賦予了其響應(yīng)UV-B輻射的能力。系統(tǒng)發(fā)育分析表明BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等元件起源于輪藻，MYB13起源于被子植物祖先類(lèi)群。同時(shí)，研究也在綠藻、輪藻和苔蘚等類(lèi)群中發(fā)現(xiàn)了與植物適應(yīng)陸地強(qiáng)UV-B環(huán)境有關(guān)的證據(jù)，包括UVR8和RUPs中的正選擇信號(hào)和下游轉(zhuǎn)錄因子拷貝數(shù)量的增加。此外，利用蛋白互作實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)UVR8與BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77在早期陸地植物地錢(qián)中存在相互作用，進(jìn)一步支持UVR8-BES1/BIM1、UVR8-WRKY36-HY5和UVR8-MYB73/MYB77等UVR8介導(dǎo)的UV-B信號(hào)通路起源于早期陸地植物。BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等轉(zhuǎn)錄因子是激素信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)控元件，研究表明這些UVR8介導(dǎo)的信號(hào)通路的建立為UV-B信號(hào)與植物內(nèi)源激素間的聯(lián)系提供了基礎(chǔ)。

該研究表明在植物陸地化過(guò)程中，經(jīng)典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP信號(hào)通路經(jīng)歷了適應(yīng)性改變，促進(jìn)了綠色植物在陸地強(qiáng)UV-B環(huán)境中進(jìn)行UV-B信號(hào)傳導(dǎo)和生理響應(yīng)。同時(shí)，綠色植物也進(jìn)化出了多樣化的UV-B信號(hào)傳導(dǎo)和與植物內(nèi)源激素間的互作機(jī)制，擴(kuò)展了其UV-B信號(hào)傳導(dǎo)通路，為適應(yīng)陸地多變的UV-B輻射環(huán)境提供基礎(chǔ)。本研究系統(tǒng)揭示了植物UV-B信號(hào)傳導(dǎo)核心組分的起源與演化歷史，為深入理解植物適應(yīng)UV-B脅迫的分子機(jī)制提供了理論參考

南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張振華博士為第一作者，鐘伯堅(jiān)教授為論文的通訊作者，中科院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所博士研究生史辰和劉宏濤研究員參與了該項(xiàng)研究工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省生物學(xué)優(yōu)勢(shì)學(xué)科等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab4...
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