黃烯教授課題組在《PNAS》上揭示UV-B光信號調(diào)控植物發(fā)育的新機(jī)制
2019年2月20日，細(xì)胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點實驗室、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃烯教授課題組在PNAS在線發(fā)表了題為Two E3 Ligases Antagonistically Regulate the UV-B Response in Arabidopsis的研究論文，揭示了擬南芥中兩類泛素連接酶形成“抑制”與“去抑制”機(jī)器，拮抗調(diào)控UV-B光形態(tài)建成的分子機(jī)制。
光是自然界中影響動植物生命活動的重要環(huán)境因子。種子萌發(fā)后，植物幼苗出土感知環(huán)境中的光信號并調(diào)節(jié)自身組織和器官建成的發(fā)育過程，稱為光形態(tài)建成。植物對紫外光UV-B波段（280-315nm）十分敏感。適度的UV-B光照能夠促進(jìn)幼苗進(jìn)行光形態(tài)建成，幫助植物獲得抵御脅迫的能力。隨著2011年植物UV-B光受體UVR8的鑒定，UV-B光信號的感知與轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制被逐步研究。然而植物體內(nèi)UV-B光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)如何建立仍不明晰，尤其是正負(fù)調(diào)控機(jī)制如何平衡所知甚少。?
COP1和CUL4-DDB1是動植物中保守的兩類泛素連接酶，能夠識別特異底物蛋白使其降解，從而廣泛參與各種生命過程的調(diào)控。在幼苗出土前的黑暗環(huán)境中，COP1和CUL4-DDB1協(xié)同降解光形態(tài)建成核心轉(zhuǎn)錄因子HY5，抑制光形態(tài)建成發(fā)生。幼苗出土后，植物通過UV-B光受體UVR8感知逐漸增強(qiáng)的UV-B光照，起始光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。UVR8持續(xù)激活的植株在幼苗階段呈現(xiàn)組成型光形態(tài)建成，在成體階段極度矮化，說明適度的光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為植物的正常發(fā)育所需。為研究UV-B光信號的正負(fù)調(diào)控如何制衡，研究人員從探究負(fù)調(diào)控HY5的“剎車”機(jī)制入手，首先鑒定到同源蛋白RUP1和RUP2為新的HY5互作因子。通過分析RUP1和RUP2的氨基酸序列，研究人員發(fā)現(xiàn)二者均含有作為CUL4-DDB1泛素連接酶組分的經(jīng)典結(jié)構(gòu)域，由此推測RUP1和RUP2可能是CUL4-DDB1泛素連接酶的底物結(jié)合蛋白，并通過遺傳和生化手段積揭示了CUL4-DDB1和RUP1/RUP2在UV-B下組裝成泛素連接酶復(fù)合體介導(dǎo)HY5蛋白通過26S-蛋白酶體途徑進(jìn)行降解，從而抑制光形態(tài)建成。
有意思的是，COP1在UV-B光下幫助HY5蛋白的穩(wěn)定，促進(jìn)光形態(tài)建成。而在其他光照條件下則介導(dǎo)HY5蛋白的降解，抑制光形態(tài)建成。作為光形態(tài)建成的關(guān)鍵調(diào)控因子，COP1如何行使截然相反的功能是光信號領(lǐng)域懸而未決的問題。研究人員發(fā)現(xiàn)COP1能與RUP1/RUP2蛋白發(fā)生直接的相互作用，并利用多種實驗手段闡明了它們的相互作用一方面隔離了HY5和COP1，另一方面使RUP1/RUP2被COP1泛素化而降解，進(jìn)而促使HY5蛋白穩(wěn)定積累，光形態(tài)建成得以順利進(jìn)行。
綜上，該研究首次在蛋白穩(wěn)定性調(diào)控層面上解析了UV-B光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，鑒定了在UV-B光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起“剎車“作用的泛素連接酶CUL4-DDB1-RUP1/RUP2，揭示了RUP1/RUP2影響UVR8構(gòu)象之外的新功能，同時解析了COP1“以攻為守”，通過降解新底物RUP1/RUP2從而穩(wěn)定HY5，實現(xiàn)功能反轉(zhuǎn)的分子機(jī)制。CUL4-DDB1-RUP1/RUP2-HY5和COP1-RUP1/RUP2這兩套“泛素連接酶-底物”模塊通過復(fù)雜又精細(xì)的調(diào)控作用，保證了植物對UV-B光信號的適度應(yīng)答。該成果為UV-B光調(diào)控植物發(fā)育的機(jī)制研究闡明了新途徑，為紫外光能源的科學(xué)利用提供了新思路。
廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生任慧為論文第一作者，黃烯教授為通訊作者。該研究工作得到了北京大學(xué)鄧興旺教授、福建農(nóng)林大學(xué)陳栩教授的大力支持，在國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助下完成。
原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2019/02/15/1816268116
（生命科學(xué)學(xué)院）
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com