北京大学邓兴旺和南京农业大学许冬清课题组合作报道了植物光信号转导的新机制

4月16日，北京大学邓兴旺和南京农业大学许冬清课题组在Plant Communications上发表题目为“A positive feedback loop of BBX11-BBX21-HY5 promotes photomorphogenic development in Arabidopsis”的研究论文，揭示了植物光信号转导的新机制。

光不仅是植物进行光合作用的能源来源，还作为一种重要的环境信号因子调控植物的生长发育。植物幼苗的光形态建成受到光信号的严格调控。该发育过程由不同的光受体，E3泛素化连接酶复合体和转录因子等所组成的分子网络体系调控。在植物光信号转导体系中，BBX (B-box)家族成员行使了重要作用，多个BBX蛋白参与了COP1-HY5介导的信号通路，共同调控植物光形态建成（Xu et al., , , Lin et al., ; Xu. ; Song et al., ）。

BBX11-BBX21-HY5 转录正反馈调控的工作模型

光信号启动了植物体内将近三分之一基因的表达变化，最终确保植物正常的光形态建成以成长为健康幼苗(Ma et al., 2001; Lee et al., )。而这一转录调控体系在分子水平上受到诸多转录因子的控制。BBX11, BBX21 和HY5 三个转录因子是植物光信号转导途径的正调控子，协调促进光信号转导。在黑暗下，BBX21 和HY5受到COP1–SPA E3泛素化连接酶复合体的泛素化而降解 (Osterlundet al.,2000; Xu et al., )，而BBX11却被COP1 所稳定，其可能被一个尚未鉴定的因子所降解。因此，BBX11, BBX21和HY5 在黑暗下蛋白丰度极低，不能促进光形态建成。在光下，积累的BBX21 和HY5可以分别结合到BBX11 和HY5 的启动子区域，并激活它们的转录表达；同时BBX11也可以直接和HY5的启动子区域结合并正调控HY5 基因表达。由此，这三个转录因子在转录水平上组成了一个正反馈调控体系，以参与调控植物体内受光调控的3000多个基因的表达，协同促进植物光形态建成。

南方科技大学生物系博士后赵先海博士和高级研究学者衡月芹博士为本文共同第一作者；北京大学现代农学院邓兴旺院士和南京农业大学农学院许冬清教授是本文共同通讯作者；北京大学现代农学院博士后王训成博士参与了本项研究。本项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心、南方科技大学以及南京农业大学的科研项目资助。

参考文献：

Ma, L., Li, J., Qu, L., Hager, J., Chen, Z., Zhao, H. and Deng, X.W.(2001).Light control of Arabidopsis development entails coordinated regulation of genome expression and cellular pathways. Plant Cell13:2589 -2607.

Lee, J., He, K., Stolc, V., Lee, H., Figueroa, P., Gao, Y., Tongprasit, W., Zhao, H., Lee, I. and Deng, X.W.().Analysis of transcription factor HY5 genomic binding sites revealed its hierarchical role in light regulation of development. Plant Cell19:731-749.

Lin, F., Jiang, Y., Li, J., Yan, T., Fan, L., Liang, J., Chen, Z.J., Xu, D. and Deng, X.W.().B-BOX DOMAIN PROTEIN28 negatively regulates photomorphogenesis by repressing the activity of transcription factor HY5 and undergoes COP1-mediated degradation. Plant Cell 30:-.

Osterlund, M.T., Hardtke, C.S., Wei, N. and Deng, X.W.(2000). Targeted destabilization of HY5 during light-regulated development of Arabidopsis. Nature 405:462-466.

Song,Z., Bian,Y., Liu,J., Sun,Y, and Xu,D.(). B-box proteins: pivotal players in light-mediated development in plants.J Integr.Plant Biol. doi: 10.1111/jipb.12935.

Xu,D.().COP1and BBXs-HY5-mediated light signal transduction in plants. New Phytol. doi: 10.1111/nph.

Xu, D., Jiang, Y., Li, J., Lin, F., Holm, M., and Deng, X.W.().B-box domain protein BBX21 promotes photomorphogenesis. Plant Physiol.176:2365-2375.

Xu, D., Jiang, Y., Li, J., Lin, F., Holm, M. and Deng, X.W.().BBX21, anArabidopsis B-box protein, directly activates HY5 and is targeted by COP1 for 26S proteasome-mediated degradation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113:7655-7660.