拟南芥光敏色素phyA/phyB与油菜素内酯(BR)信号互作调控植物光形态建成的分子机理研究

Light is an important environmental cue, and brassinosteroid (BR) is an important phytohormone, which are involved in the positive and negative regulation of photomorphogenesis, respectively. However, whether photoreceptors directly regulate BR signaling remains unknown. Our preliminary data indicate that BR signaling is regulated by far-red light and red light, and this regulation is dependent on the far-red and red light photoreceptors phyA and phyB. Furthermore, both phyA and phyB interact with two critical transcription factors in BR signaling pathway, BES1 and BIM1. Based on these findings, we are planning to utilize the combined approaches of plant genetics, physiology, biochemistry and molecular biology to explore: (1) whether the interactions of phyA/phyB with BES1 and BIM1 are dependent on far-red/red light and brassinosteroid; (2) whether the interactions of phyA/phyB with BES1 and BIM1 inhibit BES1-BIM1 interaction, interfere with the transcriptional activity of BES1, thus inhibiting BR signaling and promoting photomorphogenesis. Through this study, we will likely be able to reveal the molecular mechanism by which light promotes photomorphogenesis through negative regulation of BR signaling via direct phyA/phyB-BES1/BIM1 interactions.

光是重要的环境信号，它主要通过蓝光受体CRY和远红光/红光受体光敏色素phyA/phyB介导的信号转导促进植物的光形态建成。油菜素内酯(BR)是重要的植物激素，在植物光形态建成中起负调控作用。然而，光受体是否直接参与调控BR信号转导以促进光形态建成仍然未知。我们前期的工作表明，远红光/红光对BR信号的调控依赖光敏色素phyA/phyB，并且phyA和phyB分别与BR信号通路中的关键转录因子BES1和BIM1发生互作。在此基础上，我们将进一步研究phyA/phyB与BES1和BIM1的互作是否依赖远红光/红光和BR，以及它们的互作是否干扰BES1和BIM1异源二聚体的形成，从而抑制BES1的转录活性，促进植物的光形态建成。该项目的研究可望揭示远红光/红光信号通过光敏色素phyA和phyB抑制BR信号转导来调控植物光形态建成的新机制。

光信号作为重要的外在环境信号，而油菜素内酯（BR)作为促进植物生长发育的重要内在激素信号，它们都参与调控植物的光形态建成。作为感知红光信号的phyB是否通过直接与BR信号互作，进而促进光形态建成尚不清楚。通过我们的工作，发现phyB与BR信号转导途径中关键转录因子BES1的非磷酸化形式（活性形式）发生依赖于红光的直接互作，即当红光和BR信号都存在时，光激活的phyB由细胞质进核，同时BR促进BES1非磷酸化的活性形式在核内激积累， phyB与核内非磷酸化的BES1发生直接蛋白相互作用，抑制BES1的转录活性和BR信号，从而促进植物的光形态建成。.已有的研究表明拟南芥G蛋白负调控植物的光形态建成，光信号是否通过与 G 蛋白互作以及互作的主要途径和分子机制尚不清楚。我们通过研究发现：在黑暗下，G蛋白β亚基AGB1通过与光形态建成的重要抑制因子PIF3的直接互作抑制其磷酸化降解，促进PIF3蛋白的积累；红光照射后，红光受体phyB被激活进核并通过与AGB1互作拮抗与PIF3的结合来对PIF3的蛋白稳定性进行动态调控，使植物能够平衡光信号和G蛋白信号，从而优化其光形态建成。该研究揭示了植物内在信号（G蛋白信号）与外在环境信号（光信号）互作的分子基础，从而加深对植物G蛋白在调控植物的环境适应性本质的认识。.植物G蛋白不但能调控光信号，还与各类植物激素信号交叉作用，但相关的分子机制尚不清楚。我们研究发现AGB1与BES1存在直接的相互作用，而AGB1与BES1互作可以改变BES1蛋白的磷酸化状态，提高非磷酸化BES1蛋白与磷酸化BES1蛋白的比值，促进非磷酸化BES1进入细胞核，激活BES1的转录活性，从而激活BR信号通路，抑制植物的光形态建成。该项研究既加深了对BR信号转导机理以及植物G蛋白作用机理的认识，同时为进一步研究G蛋白信号与植物激素相互作用调控植物发育的机制拓宽了新的思路。