北京大學鄧興旺研究組揭示植物光形態建成調控新機制

光是影響植物生長發育最重要的環境因子。植物響應外界光變化並調控自身生長發育的分子機制十分複雜。植物種子萌發後，下胚軸伸長破土而出，在感受到光信號後植物下胚軸伸長被抑制，子葉張開以接收更多光照，這種現象稱為植物光形態建成(Sullivan and Deng, 2003)。光形態建成過程涉及多個因子共同調控，包括核心抑制因子E3泛素連接酶COP1、正調控因子HY5等。

在黑暗條件下，COP1降解HY5，而在光照條件下，COP1則被多途徑降解使得HY5可以大量積累，激活下游靶基因表達從而啟動光形態建成。轉錄因子HY5下游靶基因超過3000個，這些基因均參與光信號介導的植物生長發育過程(Lee et al., 2007; Zhang et al., 2011)。因此，COP1-HY5是植物從暗形態建成到光形態建成轉化的中心調控元件。最近多項研究表明，多個BBX（B-box-containing）家族成員以正調控或負調控方式參與COP1-HY5介導的光形態建成調控網路(Gangappa and Botto, 2014)，因此，BBX家族可能是該途徑的關鍵調控因子。

近日，北京大學現代農學院鄧興旺研究組在The Plant Cell在線發表了題為「B-BOX DOMAIN PROTEIN28 Negatively Regulates Photomorphogenesis by Repressing the Activity of Transcription Factor HY5 and Undergoes COP1-mediated Degradation」的研究論文，揭示了BBX家族成員BBX28通過抑制HY5活性負調控植物光形態建成的分子機制。

研究人員首先通過表型鑒定發現擬南芥B-box結構域蛋白BBX28負調控植物光形態建成。bbx28突變體在光下下胚軸變短，而過表達植株則明顯增長。遺傳分析表明，BBX28參與HY5介導的光形態建成。進一步生化證據顯示，BBX28通過與HY5蛋白的C末端相互作用，抑制HY5與下游靶基因啟動子序列相結合，從而抑制HY5活性及其下游靶基因的表達。另一方面BBX28在遺傳與生化方面均與COP1相互作用。黑暗條件下，BBX28與COP1互作並通過COP1介導的26S蛋白酶體途徑降解。

COP1-BBX28-HY5調控光形態建成工作模型

以上這些結果表明，BBX28作為中心調控元件通過參與HY5-COP1調控網路，調控HY5的蛋白活性，從而精細調控植物光形態建成。

參考文獻

Gangappa, S.N., and Botto, J.F. (2014). The BBX family of plant transcription factors. Trends Plant Sci. 19, 460-470.

Lee, J., He, K., Stolc, V., Lee, H., Figueroa, P., Gao, Y., Tongprasit, W., Zhao, H., Lee, I., and Deng, X.W. (2007). Analysis of transcription factor HY5 genomic binding sites revealed its hierarchical role in light regulation of development. Plant Cell 19, 731-749.

Sullivan, J.A., and Deng, X.W. (2003). From seed to seed: the role of photoreceptors in Arabidopsis development. Dev. Biol. 260, 289-297.

Zhang, H., He, H., Wang, X., Wang, X., Yang, X., Li, L., and Deng, X.W. (2011). Genome-wide mapping of the HY5-mediated gene networks in Arabidopsis that involve both transcriptional and post-transcriptional regulation. Plant J. 65, 346-358.

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