PLANT CELL | 杨淑华团队揭示隐花色素CRY2调控拟南芥抗冻性的分子机制 | |||||||
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近年来越来越频繁的极端天气对农业生产的影响巨大。低温胁迫威胁作物生长的各个阶段,不仅会导致作物的减产甚至会造成作物死亡。将植物置于零上非致死温度下处理一定时间可以显著提高植物的抗冻能力,此为植物的冷锻炼过程。转录因子CBF/DREB1在这一过程中发挥至关重要的作用,该类转录因子介导的低温信号通路近年来研究得较为深入。转录组分析显示,只有10-20%的低温响应基因受CBF/DREB1转录因子调控。目前对CBF/DREB1不依赖的低温信号转导通路的认识还知之甚少。 研究者首先探究了自然光中的不同光质(红光和蓝光)对植物冷锻炼的影响,结果表明蓝光和红光都有利于植物的冷锻炼过程,并且蓝光的作用更强。对拟南芥蓝光受体CRY1和CRY2的突变体进行冻处理实验发现,cry1-104 和 cry1 cry2 在冷锻炼前后都表现出明显的冻敏感表型。有意思的是,cry2-1特异地在冷锻炼后表现出冻敏感表型;CRY2过表达株系在冷锻炼之前存活率与野生型并无差异,但冷锻炼之后表现出明显的抗冻表型,这暗示着CRY2特异地调控着植物的冷锻炼过程。生化实验结果表明,低温可以使蓝光激活并磷酸化的CRY2的寿命延长,增加CRY2蛋白的工作时间。这时CRY2与E3泛素连接酶COP1的相互作用增强,使得COP1与转录因子HY5 的结合减弱,从而抑制了低温光下COP1对HY5蛋白的泛素化降解。而CRY2-COP1-HY5对植物抗冻性的调控并不依赖于经典的CBF/DREB1低温信号通路,而是通过一类B-box 转录因子BBX7和BBX8。低温处理可以诱导其基因大量表达,并且HY5蛋白可以直接结合在BBX7/8启动子区的ACE结构域并激活其基因表达,调控下游的花青素合成基因的表达,正调控植物的抗冻性。 参考文献 Jiang B, Shi Y, Zhang X, Xin X, Qi L, Guo H, Li J, and Yang S (2017) PIF3 is a negative regulator of the CBF pathway and freezing tolerance in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 114: E6695-E6702 Jiang B, Shi Y, Peng Y, Jia Y, Yan Y, Dong X, Li H, Dong J, Li J, Gong Z, Thomashow MF, and Yang S (2020) Cold-induced CBF-PIF3 interaction enhances freezing tolerance by stabilizing the phyB thermosensor in Arabidopsis. Mol Plant 13: 894-906 Jung JH, Domijan M, Klose C, Biswas S, Ezer D, Gao MJ, Khattak AK, Box MS, Charoensawan V, Cortijo S, Kumar M, Grant A, Locke JCW, Schafer E, Jaeger KE, and Wigge PA (2016) Phytochromes function as thermosensors in Arabidopsis. Science 354: 886-889 Legris M, Klose C, Burgie ES, Rojas CC, Neme M, Hiltbrunner A, Wigge PA, Schafer E, Vierstra RD, and Casal JJ (2016) Phytochrome B integrates light and temperature signals in Arabidopsis. Science 354: 897-900 |
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