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植物光形態建成轉錄調控研究取得進展

2021/12/25

轉錄調控是生物體內由轉錄因子和其他調節蛋白協同或拮抗調控基因表達的重要生化機制。光信號是高等植物早期生長發育中光形態建成的決定性因素，其信號通路中光敏色素互作因子PIF為負向調控因子，HY5為正向調控因子。PIF和HY5分別是bHLH型和bZIP型轉錄因子，在植物生長發育及環境響應中具有廣泛的功能，然而二者之間的相互調節仍不甚清楚。

科學院植物研究所林榮呈研究組通過對模式植物擬南芥開展研究，發現B-box型蛋白家族第四亞家族成員BBX23能夠促進紅光、遠紅光和藍光條件下的光形態建成。進一步研究顯示，在轉錄水平上，PIF1和PIF3蛋白能夠直接結合到HY5和BBX23的啟動子並激活它們的表達；在翻譯后水平上，BBX23蛋白在黑暗下受到COP1介導的泛素化降解。研究同時表明，BBX23通過與HY5相互作用被招募到下游光響應基因的啟動子上，並與HY5協同調控下游基因的表達。研究人員還發現，BBX23的轉錄受到光的抑制，而它的蛋白在光下積累。

該研究揭示了由PIF1/PIF3、HY5和BBX23組成的轉錄級聯反應調控植物光形態建成的分子機制。結合研究組前期發現PIF1/PIF3與HY5蛋白能相互作用並共同結合到活性氧響應基因的啟動子上、進而引發拮抗調控基因表達等研究結果（Chen et al., The Plant Cell, 2013），顯示了不同的轉錄因子可以通過蛋白相互作用或相互轉錄調控來實現對特定生物學過程的精細調節。

該成果於7月7日在線發表在國際學術期刊《植物生理學》（Plant Physiology）上。林榮呈研究組的博士研究所張鑫裕和助理研究員淮俊玲為論文共同第一作者，林榮呈為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金委、農業部和科技部有關項目的資助。