揭示光信号和生物钟节律协同调控植物光形态建成重要分子机制（2020.8.1 植物研究进展）

2020年7月30日，北京大学现代农学院邓兴旺院士课题组和南京农业大学农学院许冬清教授课题组合作在国际植物学知名期刊《The Plant Cell》在线发表了题为“COLD-REGULATED GENE 27 integrates signals from light and the circadian rhythm to promote hypocotyl growth in Arabidopsis”的研究论文。该项研究鉴定了一个整合光信号和生物钟节律的关键因子，揭示了光信号和生物钟节律协同调控植物生长发育的新机制。

在植物的漫长进化过程中，光和生物钟作为重要信号协同调控植物生长发育和存活繁衍。为了适应周围环境光信号和生物钟节律的变化，大多数具有固着生长习性的植物，已经进化出了复杂而灵活的信号网络，它直接精细调控各种生理活动和发育过程。例如，在自然界中，处于黑暗环境的幼苗进行暗形态建成发育，下胚轴快速伸长，子叶闭合黄化，产生顶端弯钩，这种完美形态有利于幼苗穿破土壤而进入光照环境，然后立即启动光形态建成发育，抑制下胚轴伸长，子叶张开转绿，开始接收光能进行光合作用，研究其信号转导过程有助于从分子微观水平探索生命的奥秘。

在植物的光信号转导过程中，COP1-SPA蛋白复合体是光信号轉导通路中的核心抑制子，作为E3泛素连接酶介导下游靶蛋白降解。bZIP类型的转录因子HY5是植物光信号转导的正向调控因子，而bHLH类型的转录因子PIF4是植物光信号转导的负向调控因子，它们协同调控植物信号转导过程。本项研究鉴定发现，COR27作为植物光形态建成的负向调节因子，能够整合光信号和生物钟节律，进而调控植物的生长发育。在白天光照时，COR27蛋白不断表达积累，积累的COR27蛋白能够与转录因子HY5发生相互作用，抑制了HY5的DNA结合活性;另一方面，COR27作为转录调节因子，能够结合PIF4的启动子区域，在下午促进PIF4及其下游靶基因的转录表达，最终促进了植物下胚轴的生长。在晚上黑暗时，COR27蛋白能够与COP1-SPA1蛋白复合体发生相互作用，导致COR27被泛素化并被26S蛋白酶体所降解。该项研究揭示了COR27整合光信号和生物钟节律协同调控植物光形态建成的工作机制（图1）。

该研究论文通讯作者为南京农业大学农学院许冬清教授和北京大学现代农学院邓兴旺院士。本项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和南京农业大学高层次引进人才启动经费等项目的资助。