拟南芥phyA和phyB相互作用因子的分离及其相关信号转导机理的研究

光是自然界中影响植物生长发育的最重要的环境因素之一，在高等植物中存在精细的调控光形态建成的光信号接收和信号转导系统。光敏色素phyA和phyB是介导远红光/红光信号转导的重要光受体，它们与蓝光受体CRY共同完成对植物光形态建成、开花时间、生物节律性和气孔发育的调控。本项目拟在我们前期工作中获得的拟南芥phyA和phyB相互作用因子PHIF1（phytochrome interacting factor 1）的基础上，利用遗传、细胞、生理生化，以及分子等综合分析手段，深入探索phyA和phyB信号转导的新机制，拓展其信号转导的调控网络，以期为进一步认识光控植物发育的本质提供理论基础。

拟南芥光敏色素蛋白PHY是感知自然界中红光/远红光的受体。phyB是负责促进红光下光形态建成的首要红光受体；phyA则是主要的远红光受体。PHY信号转导机制主要包括：光下PHY与PIFs（PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS）相互作用进而导致PIFs的快速降解；光下PHY通过与COP1（CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1）相互作用从而介导COP1的出核转运。除了现有的PHY–PIF和PHY–COP1途径之外，是否存在更多的因子参与PHY的信号转导通路，以及它们是如何调控光形态建成的分子机制的，目前尚不清楚。通过该课题的研究我们发现：（1）phyB和phyA促进光形态建成的机制涉及光激活的PHY与SPA1的直接相互作用。红光和远红光介导的光形态建成过程中，SPA1位于PHY 的遗传学下游，发挥负调控作用。酵母和拟南芥体内的蛋白互作研究进一步表明，红光激活的phyB抑制SPA1与COP1的结合。这种抑制作用被证明至少可经由phyB与SPA1的互作而完成，结合一系列遗传及生化分析，提出 了phyB介导红光下的光形态建成的一新机制：红光激活的phyB通过与SPA1直接相互作用而抑制COP1–SPA1复合体的形成及其活性，从而促进光形态建成。（2）发现PIL1是新的phyB互作因子。黑暗下，COP1通过和PIL1相互作用，促进PIL1蛋白发生依赖于26S蛋白酶体的降解，同时发现红光促进PIL1蛋白积累是phyB 通过与 PIL1 直接的依赖于红光的蛋白相互作用，抑制COP1和PIL1的结合来实现的。通过一系列试验发现PIL1可能通过和PIFs相互作用共同抑制PIFs的转录活性，从而促进光形态建成。通过该项课题的研究揭示了（1）红光/远红光光诱导的PHY––SPA1相互作用促进COP1–SPA1复合体的解离，导致了COP1的活性下降，其底物HY5蛋白的稳定性增强而发生积累，最终促进光形态建成。（2）PIL1作为光形态建成的正调控因子与PIFs相互拮抗，在phyB和COP1下游共同参与光形态建中的重要分子连接点的地位，拓展了已发现的光信号转导网络。