植物蓝光受体研究获新进展

生物学国际权威期刊《基因与发育》（Genes & Development）于2011年4月21日在线发表了上海交通大学农业与生物学院植物科学研究所杨洪全教授团队最新研究成果：依赖于蓝光的CRY1与SPA1相互作用突显了动态的光信号转导机理。

　　光是最重要的环境因子之一，它不仅是植物光合作用的能量来源，同时也是植物生长发育的信号来源。植物通过内在感应光的信号分子——光受体介导的信号转导途径来调控植物的生长发育。在模式植物拟南芥中至少存在3 类光受体：蓝光受体隐花色素 (CRY) 、蓝光受体向光素（PHOT），以及红光/远红光受体光敏色素（PHY）。其中蓝光受体CRY是重要的光受体，在植物中调控光形态建成、开花时间、生物节律性、气孔开放和气孔发育等重要生理过程。此外，CRY在动物中也参与调控生物节律性。

　　拟南芥蓝光受体CRY（包含CRY1和CRY2）信号转导机理涉及与一个含有锌指结构域的E3泛素连接酶——COP1的直接蛋白相互作用。其作用的后果是，抑制COP1的活性，使其底物HY5（转录因子）发生积累，从而促进光形态建成。但到目前为止，除了COP1之外，尚不清楚在CRY1信号转导途径中是否还存在其它直接相互作用的下游信号转导因子，以及CRY1信号转导是否涉及依赖于蓝光的生化机理。该研究通过酵母双杂交系统，发现拟南芥CRY1和CRY2都与SPA1发生依赖于蓝光的直接蛋白相互作用：在黑暗条件下CRY1和CRY2与SPA1不能发生相互作用，而蓝光照射促进它们的相互作用，并且随着蓝光照射强度的增加或照射时间的延长而增强；体内蛋白质共定位分析表明，CRY1和CRY2与SPA1在拟南芥原生质体和洋葱表皮细胞核内均发生共定位；免疫共沉淀分析（Co-IP）表明，在拟南芥中CRY1与SPA1只能在蓝光照射条件下发生相互作用，而在黑暗处理、红光和远红光照射条件下它们均不能发生相互作用。这种蓝光诱导的CRY1——SPA1相互作用是一个十分灵敏的过程，短至30秒的蓝光处理即可导致明显的相互作用，并且随着蓝光照射强度的增加或照射时间的延长而增强；以前的研究表明，SPA家族有4个成员：SPA1、SPA2、SPA3和SPA4。它们都是光形态建成的负调控因子，通过共同作用促进COP1的活性。SPA1 SPA2 SPA3 SPA4四突变体与COP1具有相似的组成型光形态建成的表型。该研究构建了CRY1 SPA1 SPA2 SPA3 SPA4五突变体，以及CRY2 SPA1 SPA2 SPA3和CRY2 SPA1 SPA3 SPA4四突变体，并通过遗传关系分析，发现SPA1、SPA2、SPA3和SPA4在遗传上位于CRY1和CRY2的下游调控光形态建成、气孔发育和光周期开花时间；酵母三杂交系统和植物体内免疫共沉淀分析表明，蓝光诱导的CRY1——SPA1相互作用导致COP1与SPA1的结合受到抑制，从而促进COP1——SPA1复合体的解离。这一系列由蓝光诱导的生化过程的后果是，导致COP1的活性下降，其底物HY5蛋白的稳定性增强而发生积累，最终促进光形态建成。因此，由蓝光诱导的CRY1与SPA1的相互作用及其由此导致的COP1——SPA1复合体的解离突显了CRY1信号转导的动态特征。

　　杨洪全教授研究团队的助理研究员连红莉博士为该论文的第一作者，该研究得到了国家自然科学基金委、农业部和上海市科委的经费支持。（来源：上海交通大学）