2020年7月30日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺院士課題組和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院許冬清教授課題組合作在國際植物學(xué)知名期刊《The Plant Cell》在線發(fā)表了題為“COLD-REGULATED GENE 27 integrates signals from light and the circadian rhythm to promote hypocotyl growth in Arabidopsis”的研究論文。該項(xiàng)研究鑒定了一個(gè)整合光信號(hào)和生物鐘節(jié)律的關(guān)鍵因子，揭示了光信號(hào)和生物鐘節(jié)律協(xié)同調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的新機(jī)制。

在植物的漫長(zhǎng)進(jìn)化過程中，光和生物鐘作為重要信號(hào)協(xié)同調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和存活繁衍。為了適應(yīng)周圍環(huán)境光信號(hào)和生物鐘節(jié)律的變化，大多數(shù)具有固著生長(zhǎng)習(xí)性的植物，已經(jīng)進(jìn)化出了復(fù)雜而靈活的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，它直接精細(xì)調(diào)控各種生理活動(dòng)和發(fā)育過程。例如，在自然界中，處于黑暗環(huán)境的幼苗進(jìn)行暗形態(tài)建成發(fā)育，下胚軸快速伸長(zhǎng)，子葉閉合黃化，產(chǎn)生頂端彎鉤，這種完美形態(tài)有利于幼苗穿破土壤而進(jìn)入光照環(huán)境，然后立即啟動(dòng)光形態(tài)建成發(fā)育，抑制下胚軸伸長(zhǎng)，子葉張開轉(zhuǎn)綠，開始接收光能進(jìn)行光合作用，研究其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程有助于從分子微觀水平探索生命的奧秘。

在植物的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，COP1-SPA蛋白復(fù)合體是光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的核心抑制子，作為E3泛素連接酶介導(dǎo)下游靶蛋白降解。bZIP類型的轉(zhuǎn)錄因子HY5是植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的正向調(diào)控因子，而bHLH類型的轉(zhuǎn)錄因子PIF4是植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)向調(diào)控因子，它們協(xié)同調(diào)控植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。本項(xiàng)研究鑒定發(fā)現(xiàn)，COR27作為植物光形態(tài)建成的負(fù)向調(diào)節(jié)因子，能夠整合光信號(hào)和生物鐘節(jié)律，進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在白天光照時(shí)，COR27蛋白不斷表達(dá)積累，積累的COR27蛋白能夠與轉(zhuǎn)錄因子HY5發(fā)生相互作用，抑制了HY5的DNA結(jié)合活性;另一方面，COR27作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，能夠結(jié)合PIF4的啟動(dòng)子區(qū)域，在下午促進(jìn)PIF4及其下游靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，最終促進(jìn)了植物下胚軸的生長(zhǎng)。在晚上黑暗時(shí)，COR27蛋白能夠與COP1-SPA1蛋白復(fù)合體發(fā)生相互作用，導(dǎo)致COR27被泛素化并被26S蛋白酶體所降解。該項(xiàng)研究揭示了COR27整合光信號(hào)和生物鐘節(jié)律協(xié)同調(diào)控植物光形態(tài)建成的工作機(jī)制（圖1）。

該研究論文通訊作者為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院許冬清教授和北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺院士。本項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次引進(jìn)人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。