我国学者在高等植物蓝光受体作用机理和功能研究方面取得新进展

日期 2005-09-15　来源：情况交流　作者：生命科学部温明章　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　在模式植物拟南芥光信号传导的研究中，蓝光受体倍受关注。蓝光受体隐花色素 (CRY)通过与光敏色素(PHY)的协同作用来调控光的形态建成，已有的研究发现，拟南芥CRY（CRY1和CRY2）调控光形态建成的信号传导的功能区在C端，而与光裂解酶（photolyase）高度同源的N-端功能区（CNT）是否参与调控CRY光受体活性一直是个迷。　　在国家自然科学基金委员会“国家杰出青年科学基金”、“创新研究群体科学基金”、“重大研究计划”和中国科学院“百人计划”等项目资助下，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所杨洪全研究员领导的课题组将拟南芥CRY1 N-端功能区（CNT1）导入野生型拟南芥，获得了过量表达CNT1的呈现负显性表现型的转基因植株；通过酵母双杂交、体外蛋白质的结合、体内化学交联和免疫共沉淀实验，发现CRY1通过CNT1发生不依赖于光的二聚化；功能及蛋白质的非变性胶电泳分析表明：CNT1介导的二聚化对于激活CCT1、启动CRY1的信号传导途径是必需的，而GUS的多聚化对组成型地激活CCT1、导致表达GUS-CCT1的转基因植株在黑暗条件下呈现组成型的光形态建成的表现型（COP表现型）是必需的。该研究结果表明：1、CRY1与PHY相似（红光、远红光诱导产生pfr和pr两种构象的PHY），蓝光和黑暗导致两种不同构象的CNT1二聚体，从而分别导致两种具有活性和非活性的CRY1；2、与果蝇CRY通过其N端功能区直接与下游蛋白相互作用不同，高等植物CRY是通过光激发CNT正调控CCT的活性的。这一结果澄清了多年来一直认为CRY同光裂解酶一样以单体结构发挥作用的错误结论。上述研究结果于2005年5月1日发表在植物学权威杂志《The Plant Cell》上。　　该课题组还在CRY功能研究上取得了新进展，发现拟南芥菜CRY 和光形态建成的负调控因子COP1的新功能——介导蓝光诱导的气孔开放。气孔是二氧化碳和水份进出植物体的唯一通道，它的开放受光、植物激素和二氧化碳等因子的控制。在黑暗条件下气孔关闭，见光后开放。蓝光被证明是调控气孔开放最为有效的光质。拟南芥除了存在CRY1和CRY2 蓝光受体外，还存在PHOT1和PHOT2（phototropin，向光素）2个蓝光受体。PHOT主要参与调节植物的向光性、叶绿体运动和气孔开放。该课题组发现cry1 cry2双突变体的气孔表现为减弱的对蓝光的反应，而过量表达CRY1的转基因植株（CRY1-ovx）的气孔表现出对蓝光的超敏感反应；特别有意义的是，cop1突变体的气孔在黑暗条件下表现组成型开放的表型，其气孔开度与在蓝光、红光和远红光条件下的开度相当，由此证明COP1是气孔开放的主要负调控因子；CRY对气孔开放的调节是通过CRY—COP1直接的蛋白相互作用负调控COP1的活性来实现的；通过构建cry1 cry2 phot1 phot2 四突变体和phot1 phot2 CRY1-ovx 三突变体, 证明了CRY和PHOT共同完成对气孔开放的调节，通过进一步构建cry1 cry2 cop1 和 phot1 phot2 cop1 三突变体，分析了在蓝光下这2个三突变体的气孔开度，发现与cop1的单突变体的表型相似，即气孔完全开放。由此从遗传上证明了COP1位于CRY和PHOT的下游，即CRY和PHOT介导的蓝光信号都必须经过COP1来完成对气孔开放的调节。该研究成果作为封面论文于2005年8月23日发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。