我校王海洋教授在Plant Cell期刊发表研究论文

发布者:生命科学学院发布时间:2020-06-01浏览次数:27

       近日,我校与中国农业科学院生物技术研究所合作揭示了自然界光信号途径与植物内部的生物钟互作协同调控生物钟关键基因CCA1节律性表达的分子机理,相关研究成果在国际知名期刊Plant Cell《植物细胞》(IF5Y = 9.848) 正式发表。(论文链接:www.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.19.00981

  植物在长期自然选择进化过程中产生出近 24 小时为周期的生物钟。生物钟参与调控植物体几乎所有的新陈代谢和生长发育过程。光是自然环境条件下调控生物钟的主要因素。植物通过“输入途径”将外界信号的变化传递到生物钟“中央振荡器”来调节中央振荡器核心基因的表达,进而通过“输出途径”调节植物体内的各种节律性反应。拟南芥CCA1基因编码一个MYB转录因子蛋白,属于生物钟中央振荡器的核心成员,其表达呈现明显的节律性,在早晨受到光诱导被激活,转录水平提高,从而抑制傍晚基因(如TOC1)的表达。CCA1的表达在白天晚些时候和夜晚得到抑制,逐步解除了对傍晚基因的抑制,使得傍晚基因得以表达。这样的反馈调节构成了生物钟最核心的中央振荡器。但是CCA1基因的节律性表达以及受光激活的分子机制仍不清楚。

  研究人员发现,光信号的转导的重要因子FHY3和FAR1直接结合到CCA1基因的启动子,对于光诱导的CCA1激活具有至关重要的作用。而光敏色素结合蛋白PIF5通过直接结合CCA1启动子抑制其表达水平。研究人员进一步发现PIF5以及另外的生物钟关键因子TOC1都可以与FHY3和FAR1蛋白直接相互作用,并且抑制FHY3和FAR1的转录激活功能。最后,研究人员发现FHY3,PIF5和TOC1的蛋白表达水平具有节律性,而且其结合CCA1启动子的能力在昼夜循环条件下表现出显著的差异。在凌晨,高水平的FHY3和较低水平的PIF5和TOC1蛋白,共同维持了CCA1基因的表达在凌晨达到顶峰。该研究建立了光和生物钟协同调控生物钟关键基因CCA1的分子网络,对于阐明整个生物钟重置的分子调控机理和和培育广适性的作物新品种具有十分重要的意义。

        该研究以中国农业科学院生物技术研究所为第一完成单位,刘扬副研究员和马梦迪助理研究员为共同第一作者,我校王海洋教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程的资助。(文/图 生命科学学院 孔德鑫)

        文章来源:https://www.scau.edu.cn/2020/0601/c1300a235073/page.htm