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生命科学学院钟上威课题组《Developmental Cell》封面文章揭示出土幼苗发育调控关键机制
日期: 2016-12-06       点击量: 1013

2016年12月5日,国际顶级学术期刊Cell子刊《Developmental Cell》以封面文章发表了北京大学钟上威和邓兴旺课题组合作完成的原创研究成果,题目为“The Red Light Receptor Phytochrome B Directly Enhances Substrate-E3 Ligase Interactions to Attenuate Ethylene Responses”。杂志同期发表了国际著名植物学家Jose M. Alonso教授撰写的评述文章和亮点推荐。该研究发现出土幼苗快速调整其形态发育转变的分子机理,揭示了出土前后环境因子直接调控植物内源激素信号通路的关键蛋白质作用机制。

On the cover: Plants germinated under soil produce ethylene to exaggerate apical hook formation and to repress cotyledon opening, crucial adaptations protecting seedlings from mechanical injuries during soil penetration. Upon reaching the surface, light triggers de-etiolation, a critical transition to photosynthetic growth characterized by apical hook opening, and cotyledon greening and expansion. This fast and dramatic transition requires rapid termination of ethylene responses. To learn how light rapidly turns off ethylene signaling upon seedling soil emergence, see Shi et al., pp. 597–610.

土壤中萌发的植物幼苗处于黑暗环境,需克服土壤机械压力向上生长出土。机械压力激活植物合成气体激素乙烯调控其在土壤中的生长发育。乙烯强烈抑制幼苗子叶打开,并使得幼苗在顶端形成弯钩,保护顶端分生组织免受机械损伤,促进幼苗顺利出土。当幼苗到达土壤表面破土而出时,环境发生剧烈变化,幼苗从黑暗迅速转入强光照射,且顶端不再承受土壤机械压力。幼苗子叶快速打开扩展,合成叶绿素,实现光合自养。但出土幼苗如何快速调整其形态发育适应环境剧变的分子机理尚未清楚。

光激活受体phyB直接调控EIN3蛋白降解,抑制乙烯反应的作用模型

在本研究中,钟上威和邓兴旺研究团队发现幼苗破土而出时,被强光照射激活的光受体phyB能与乙烯信号通路核心转录因子EIN3蛋白直接相互作用,且同时直接结合降解EIN3的F-box蛋白EBF1和EBF2。进一步研究发现phyB与EIN3及EBF1/EBF2的直接相互作用显著增强了EBF1/EBF2对EIN3的结合,激活SCFEBF1/EBF2E3泛素化连接酶快速降解EIN3蛋白。通过该蛋白质作用机制,光照迅速切断植物乙烯信号通路,解除乙烯对幼苗形态发育的调控,使得幼苗顶端弯钩和子叶打开扩展,实现出土后的形态发育快速转变,适应出土前后的环境剧变。

该研究揭示了环境因子光直接调控植物内源激素信号通路的分子机理,为研究植物怎样适应环境变化这一基本生物学问题建立新颖分子模型。同时,该研究大大加深了我们对出土幼苗形态发育转变的认识,为农业生产上怎样提高农作物出土存活效率提供必要理论基础。

生命科学学院钟上威研究员和现代农学院(筹)邓兴旺教授和为该论文的通讯作者。生命科学学院博士后施慧和技术员申醒为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划青年专项、国家自然科学基金创新群体、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室及北大-清华生命科学联合中心的资助。

原文链接:http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30758-4

评述链接:http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30825-5

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