光敏色素A信号调控种子萌发的分子机理研究

光敏色素A（phyA）是植物的一类光受体，它调节从种子萌发、光形态建成到开花、衰老的整个生长发育过程。过去，人们对phyA调控光形态建成反应进行了很多深入的研究，然而，phyA促进种子萌发的调控途径和确切分子机理仍不清楚。本项目利用模式植物拟南芥已有突变体的研究优势，从挖掘phyA信号关键转录因子FHY3和FAR1的新功能入手，发现两个赤霉素（GA）代谢相关基因可能是FHY3与FAR1的下游靶基因，而GA与种子萌发有密切的关系。本研究综合运用遗传学、分子生物学、生物化学和细胞生物学等研究手段,从DNA、RNA、蛋白到生理等层面，集中于阐明FHY3和FAR1调控GA代谢途径，以及由此产生的GA信号通路变化的分子生化机理，以揭示phyA调节种子萌发的作用机制，为研究光敏色素与GA的相互关系，以及为深入了解环境信号和植物体内激素信号的互作来调节植物生长发育的机理提供新思路。

光敏色素A（phyA）是植物的一类光受体，它调节从种子萌发、光形态建成到开花、衰老的整个生长发育过程。过去，人们对phyA调控光形态建成过程进行了很多深入的研究，然而，phyA促进种子萌发的调控途径和确切分子机理仍不清楚。本项目从挖掘phyA信号关键转录因子FHY3和FAR1的新功能入手，主要研究FHY3和FAR1调控种子萌发的作用机理。经过3年的研究，综合运用遗传学、分子生物学、生物化学和细胞生物学等研究手段，项目取得了重要的进展和成果。酵母单杂交、凝胶阻滞迁移分析以及染色质免疫沉淀等实验证明：FHY3和FAR1蛋白能直接结合到赤霉素代谢相关基因GA2ox6, DDF1和GAP，以及脱落酸信号关键因子ABI5 的启动子上包含FBS顺式作用元件（CACGCGC）的序列上；定量RT-PCR和原生质体瞬时报告基因系统实验表明FHY3和FAR1蛋白能激活这些下游基因的表达，说明两个蛋白起正调控的作用。生物学功能分析发现fhy3， far1缺失突变体对ABA 、渗透胁迫和盐胁迫在种子萌发及根生长方面不敏感，说明FHY3和FAR1抑制ABA介导的种子萌发。此外，我们还发现FHY3/FAR1能够与另一个光敏色素负向因子PIF1蛋白相互作用，协同调节叶绿素合成基因HEMB1的表达水平，进而影响叶绿素的合成，研究成果发表于Plant Cell。以上结果揭示了phyA信号途径关键因子FHY3/FAR1调节种子萌发以及叶绿素合成的作用机制，为深入了解环境信号和植物体内激素信号的互作来调节植物生长发育的机理提供了新的研究思路。