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华南植物园研究揭示植物光响应基因转录调控新机理

来源:华南植物园 作者: 2013-4-14
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摘要: 光既是高等植物光合作用的能量来源,也是植物生命活动最重要的信号来源。高等植物通过光敏色素等光受体,感受自然环境中的光的强度、方向及光周期等信号的变化,调控植物自种子萌发直到开花的整个生长发育过程。在高等植物中,光敏色素通过与一类bHLH(basichelix-loop-helix)转录因子——光敏......



光既是高等植物光合作用的能量来源,也是植物生命活动最重要的信号来源。高等植物通过光敏色素等光受体,感受自然环境中的光的强度、方向及光周期等信号的变化,调控植物自种子萌发直到开花的整个生长发育过程。在高等植物中,光敏色素通过与一类bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子——光敏色素互作蛋白(Phytochrome Interating Factors, PIFs)相互作用,传递光的信号从而影响植物的生长发育。然而,对PIFs如何调控下游光响应基因,包括叶绿素合成及光合作用相关基因的转录调控机制尚不清楚。

中科院华南植物园农业及资源植物研究中心刘勋成博士等科研人员通过生物化学、表观遗传学和分子生物学等方法,证实一种PIF转录因子,PIF3与组蛋白去乙酰化酶HDA15相互作用,并共同调控光响应基因的表达。PIF3招募HDA15蛋白到光响应基因启动子的G-box区域,并介由HDA15的组蛋白去乙酰化酶活性,抑制一系列光响应基因的转录表达,从而调控植物叶绿素的生物合成。

在此基础上,研究者提出了植物光响应基因转录调控的新机制。即:在黑暗中,PIF3-HDA15蛋白复合体结合在光响应基因的启动子区域,抑制基因的表达;植物在照光后,光敏色素进入细胞核,引起PIF3-HDA15复合体的快速解体,解除HDA15对光响应基因的抑制,从而促进基因转录起始(附图)。本研究揭示了植物叶绿素生物合成及光合作用的相关基因表达的分子机理,为农作物的高产育种提供了重要的理论基础。

该研究成果已于近期发表在国际学术期刊The Plant Cell上。


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