邓兴旺团队揭示转录因子MYB112连通光和生物钟信号调控幼苗光形态建成的分子机制

光和生物钟分别作为重要的环境信号和植物内源信号，协作调控植物的生长发育。在自然界中，处于黑暗环境的幼苗进行暗形态建成，下胚轴快速伸长，子叶闭合黄化，产生顶端弯钩，有利于幼苗穿破土壤而进入光照环境。光照环境下幼苗转而进行光形态建成，下胚轴伸长受到抑制，子叶张开转绿，开始进行光合作用。生物钟作为植物内源计时机制，可以使植物感知并预测环境光信号的昼夜节律变化，进而调控基因的节律表达，使植物得以调整自身形态建成的节律性以适应周期变化的光信号，从而增强植物的环境适应性。

MYB转录因子家族是植物最大的转录因子家族之一，其中R2R3型MYB转录因子（DNA结合域含2个MYB重复序列）广泛参与调控植物特异的生物学进程，如光形态建成、植物次生代谢、生物和非生物胁迫响应等。虽然拟南芥R2R3-MYB转录因子家族包含多达126个基因，但这些基因是否参与连通光和生物钟信号目前仍不清楚。

2023年6月19日，南方科技大学生科院生物系长期杰出访问教授邓兴旺院士团队在The Plant Cell发表了题为“MYB112 Connects Light and Circadian Clock Signals to Promote Hypocotyl Elongation in Arabidopsis”的研究论文，鉴定到一个连通光信号和生物钟信号的关键转录因子MYB112，揭示了光信号和生物钟信号产生联系并调控拟南芥光形态建成的新机制。
 

该研究发现，R2R3-MYB转录因子MYB112是拟南芥光形态建成的负向调节因子（图1A），其mRNA及蛋白在光照条件下积累。MYB112能够与光形态建成的核心抑制子PIF4（PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 4）蛋白直接互作，增强PIF4对下游靶基因YUCCA8、IAA19和IAA29的转录激活能力。

研究人员进一步鉴定了MYB112的关键靶基因，MYB112能够直接结合在LUX（LUX ARRHYTHMO，编码生物钟中央振荡器的核心组分）的启动子上并抑制LUX的转录，减弱LUX对PIF4转录的抑制作用，从而促进PIF4的转录。

最后，该研究发现在昼夜循环的条件下，MYB112主要是在下午促进PIF4转录本的积累并增强PIF4蛋白的转录激活能力，最终促进幼苗的下胚轴伸长。

综上，该项研究揭示了MYB112连通光和生物钟信号从而调控拟南芥光形态建成的分子机制（图1B）。
 

图1 昼夜循环下MYB112调控拟南芥下胚轴伸长的分子机制

南科大生科院已出站博士后蔡宇鹏（现在中国农业科学院作物科学研究所工作）和博士研究生刘永庭为本文共同第一作者；生物系邓兴旺教授和李健研究助理教授为本文共同通讯作者；南科大为论文第一单位。华南农业大学王海洋教授和南京农业大学许冬清教授参与指导本工作，北京市农林科学院范阳阳博士完成了本工作中的生信分析。本项研究得到了国家自然科学基金委、南方科技大学、广东省普通高校植物细胞工厂分子设计重点实验室等的资助。