邓兴旺院士团队揭示光-COP1-剪接体调控植物光形态建成的新机制

光是生物赖以生存的物质基础。光不仅是植物生长发育的重要能量来源，更是调控植物生长发育的直接参与者。光调控植物生长发育的过程称之为光形态建成（在拟南芥中表现为下胚轴伸长受到抑制、顶端弯钩消失、叶绿体发育等）。COP1（CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1）是植物光形态建成的核心负调控因子。COP1 作为 E3 泛素化连接酶，通过泛素化并降解一系列底物，来抑制光形态建成。此外，COP1 还广泛参与并调控了植物的开花、气孔发育、生物节律等一系列过程。因此，COP1 功能的正常发挥对于植物的生长发育至关重要。

近日，联盟理事长、南方科技大学生命科学学院邓兴旺院士在国际知名期刊 Nature Communications 上发表题为“Light regulates nuclear detainment of intron-retained transcripts through COP1-spliceosome to modulate photomorphogenesis”的研究论文，揭示了光-COP1-剪接体调控植物光形态建成的新机制。

为了鉴定更多的 COP1 信号转导的路径，研究人员对 cop1-6 突变体（弱突变体）进行 EMS 诱变，进而筛选黑暗条件下能够回复 cop1-6 突变体组成型光形态建成表型的遗传抑制子。对筛选得到的13个显性 cop1-6 抑制子一一进行了基因定位和全基因组重测序，共克隆得到了6个显性 cop1-6 抑制子基因（DCS1-DCS6）。

内含子保留（intron retention, IR）是植物中最常见的选择性剪接事件。IR在基因表达调控中起着重要的作用。研究发现，内含子保留的转录本（intron-retained transcript, IRT）通过滞留在细胞核中，避免被翻译成新的蛋白或被降解，而这些被储存在细胞核内的 IRT 在外界信号刺激或发育阶段改变的情况下，能够被剪切加工后出核翻译成蛋白，从而在转录后水平通过控制 IRT 的剪切来快速响应外界信号以协调植物的生长发育。      

本研究表明，COP1 参与了光介导的 mRNA 选择性剪接（主要是 IR）过程来协调拟南芥幼苗的光形态发育。光通过对光信号通路成员编码基因（如 PIF4，RVE1 和 ABA3）IR 的调控来实现对拟南芥幼苗的光形态建成的精细控制，而这一过程依赖于 COP1，并且受到了剪接复合体的调控。本研究中鉴定到的 DCS1-DCS6 蛋白均为拟南芥剪接体的组成部分。COP1 通过直接与植物剪接体特异性组分蛋白 DCS1 相互作用并使其泛素化降解来调节剪接复合体的功能状态。因此，本研究揭示了光-COP1-剪接体模块调控植物光形态建成的全新分子机制。

图1. 光-COP1-剪接体调控植物光形态建成分子机制

南方科技大学周华研究助理教授为本文第一作者，邓兴旺为通讯作者。南方科技大学为第一作者单位。西南大学魏宁教授，南京农业大学许冬清教授、陈孙禄副教授，兰州大学林芳教授，北京大学现代农业研究院秦国臣研究员，南京师范大学李健副教授，华南农业大学衡月芹副教授，美国布鲁克海文国家实验室赵先海博士，海南省农业科学院严婷婷博士，北京大学现代农业研究院博士研究生曾海越、研究助理付颖也都参与了该研究工作。该研究得到了国家自然科学基金委、北大-清华生命科学联合中心、南方科技大学以及深圳市科技计划项目等资助。