擬南芥藍光受體隱花色素CRY功能和作用機理的研究

《擬南芥藍光受體隱花色素CRY功能和作用機理的研究》是依託上海交通大學，由楊洪全擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：擬南芥藍光受體隱花色素CRY功能和作用機理的研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：楊洪全
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

光是最重要的環境因子之一，它不僅是植物光合作用的能量來源，同時也是植物生長發育的信號來源。植物通過內在感應光的信號分子光受體介導信號轉導，從而調控植物的生長發育。藍光受體CRY和紅光/遠紅光受體PHY介導的信號轉導途徑共同完成對光形態建成、開花時間和生物節律性的調控。通過我們的工作，發現擬南芥CRY通過COP1介導藍光誘導的氣孔開放；闡明了CRY1 N端功能區介導的二聚化對於光激活CRY1的受體活性是必須的；揭示了COP1與CO發生直接的蛋白相互作用，並作為CO的E3泛素連線酶，導致CO的泛素化和降解，以此調控CRY控制的光周期開花時間。我們將在上述工作的基礎上，研究CRY調控植物的抗病反應和氣孔發育的新功能及其相關的分子機理；同時將系統研究我們最近獲得的CRY1相互作用因子CRIF1參與信號轉導的機理。通過該項目的實施，將可能深入揭示光控高等植物發育的生理本質和調控機理。

結題摘要

光是最重要的環境因子之一，它不僅是植物光合作用的能量來源，同時也是植物生長發育的信號來源。光信號通過光受體介導的信號途徑來調控植物的生長發育。在模式植物擬南芥中至少存在3類光受體：藍光受體隱花素（CRY）、藍光受體向光素（PHOT）以及紅光/遠紅光受體光敏素(PHY)。其中的藍光受體CRY是一類重要的光受體，以前的研究表明CRY在植物中調控光形態建成、開花時間、生物節律、氣孔開放等重要生理過程。此外，CRY在動物中也參與調控生物節律。近年來的研究發現擬南芥CRY的信號轉導機理涉及與一個含有鋅指結構域的E3泛素連線酶COP1的直接蛋白相互作用。對於CRY的新功能、新的信號轉導元件的分離，以及新的信號轉導機理的研究是本領域的前沿問題。通過該項目的實施，我們發現了CRY及紅光和遠紅光受體phyB、phyA促進氣孔發育、COP1抑制氣孔發育的新功能。弄清了CRY、phyA、phyB協同完成介導光信號對氣孔發育的調控作用，並在遺傳上位於COP1的上游。闡明了光信號途徑與TMM介導的信號途徑平行調控氣孔發育；揭示了MAPK信號通路中的關鍵信號因子YDA、以及調控氣孔順序發育的3個關鍵的轉錄因子SPCH, MUTE和FAMA在遺傳上位於COP1的下游。遺傳關係和生理表型分析揭示了光信號調控氣孔發育的機理可能涉及與MAPK信號途徑的互作。反映上述結果的研究論文發表在植物生物學權威學術刊物Plant Cell上；同時我們還在CRY1的信號轉導機理研究方向取得了重要進展。發現了CRY1信號轉導新的重要元件SPA1，並揭示了藍光誘導促進CRY1與SPA1的相互作用，這種相互作用導致COP1與SPA1的結合受到抑制，從而促進COP1–SPA1複合體的解離。這一系列由藍光誘導的生化過程的後果是，導致了COP1的活性下降，其底物HY5蛋白的穩定性增強而發生積累，最終促進光形態建成。該研究揭示了CRY1通過藍光誘導的CRY1–SPA1互作及其導致的COP1–SPA1複合體的解離的動態變化, 來控制植物光形態建成的分子機制。反映上述結果的論文發表在生物學權威學術刊物Genes & Development上；此外，我們還發現了CRY1和phyB光受體分別參與調控植物抗病反應和氣孔開放的新功能，並闡明了相關的分子機制。3篇反映上述結果的研究論文發表在Molecular Plant上。