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Plant Cell|中科院华南植物园侯兴亮研究组利用Y2H等互作技术揭示NF-YCs负调控BR介导拟南芥的光形态建成分子机制

作者:南京维百瑞生物科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-04-28 09:04:53

在植物的整个生命周期中,光作为主要的环境刺激,油菜素类固醇(BRs)作为重要的内源生长调节剂。光形态发生涉及一系列重要的发育过程,需要抑制BR介导的幼苗生长,但油菜素内酯途径的光控调节机制尚不清楚。


2021年4月19日,Plant Cell在线发表了中国科学院华南植物园侯兴亮研究员为通讯作者的题为“Arabidopsis NF-YCs play dual roles in repressing brassinosteroidbiosynthesis and signaling during light-regulated hypocotyl elongation”的研究论文,该研究发现NF-YC转录因子通过负调控油菜素内酯生物合成和信号转导来介导拟南芥的光形态建成,为外界光照拮抗油菜素内酯通路的潜在机制提供了新见解。


地下萌发的黄化幼苗生长(即下胚轴伸长)以BR依赖的方式寻找光源,一旦破土而出就需要快速经历光触发的BR反应抑制来进行光形态建成。本研究检测发现,处于光照下的幼苗BR生物合成相关基因以及BR合成前体较暗处生长的幼苗均显著下降,表明光照抑制BR途径。


之前研究表明,NF-YCs蛋白通过表观遗传调控参与光控下的下胚轴伸长。为检测NF-YCs是否通过激素途径调控早期幼苗发育,利用不同植物激素处理突变体和WT幼苗发现,nf-yc3 nf-yc4 nf-yc9(nf-ycT)三突和nf-yc1 nf-yc3 nf-yc4 nf-yc9(nf-ycQ)四突在光照下的下胚轴明显长于nf-yc单、双突及WT植株,且nf-ycQ对BL不响应(图1)。此外,对幼苗内源性BR(本文油菜素内酯水平在南京维百瑞生物科技有限公司测量)进行抑制后发现,nf-ycQ下胚轴长度较WT显著减小。这表明NF-YCs介导了光形态建成期间光诱导的BR响应抑制

图1NF-YCs参与光照下BR介导的下胚轴生长

在这里,我们揭示了在光控制的拟南芥下胚轴生长过程中,核因子YC蛋白(NF-YCs)作为BR途径的必需阻遏物发挥作用。有鉴于此,NF-YCs通过直接靶向BR生物合成基因BR6ox2的启动子并抑制其转录来抑制BR生物合成。

图2NF-YCs直接靶向BR6ox2

为了检验NF-YCs是否与BR信号调节因子在BR介导的光形态发生生长中起作用,我们进行了Y2H分析,结果显示NF-YC同源物与酵母中的BIN2相互作用,但不与BZR1相互作用,BZR1是BR信号的阳性调节因子(图4A)。Pull-down显示 GST-BIN2,而不是GST,在体外His-NF-YC1, 3, 4, 和 9相互作用(图4B)。由于四个NF-YC同源物在光控制下胚轴伸长中的功能冗余,我们选择NF-YC9进一步调查。双分子荧光互补(BiFC)分析揭示了拟南芥原生质体中NF-YC9和BIN2之间的相互作用(图4C)。此外,Co-IP显示,植物中NF-YC9和BIN 2之间的相互作用发生在光照下,而不是黑暗中,并且不受外源BL的调节(图4D)。这些结果表明NF-YCs与BIN2一起在光介导的BR信号通路调节中起作用。

图4NF-YCs在体内外与BIN2相互作用

由其他激酶及自身催化的磷酸化修饰对于BIN2的稳定性和活性至关重要。为检测NF-YCs是否促进BIN2的磷酸化,体外激酶实验结果显示,NF-YC9以剂量依赖的方式显著促进了BIN2的自我磷酸化。体内检测发现,BIN2磷酸化水平在nf-ycQ中显著降低,表明NF-YCs通过维持BIN2磷酸化状态来确保其蛋白稳定性。


由于BZR1是BR信号转导通路中BIN2激酶的底物,经检测,BZR1在nf-ycQ中的去磷酸化水平显著增加,这与BIN2丰度检测结果相符。此外,NF-YC9诱导的BIN2自我磷酸化可导致BZR1磷酸化水平显著增加,表明NF-YCs通过BIN2-BZR1磷酸化级联来调控BR信号转导(图5)

图5NF-YCs通过介导BIN2磷酸化来抑制其降解

光照条件下,NF-YCs通过直接抑制BR6ox2的表达来抑制BR生物合成。另一方面,NF-YCs能够促进BIN2的自我磷酸化以稳定其蛋白水平,从而提高BIN2活性。NF-YC通过调控BR生物合成和信号转导来介导BR信号通路的抑制,进而促进拟南芥幼苗的光形态建成。

图6一NF-YCs在光触发抑制BR通路中作用的工作模型


文献链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koab112

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