北京大学现代农业研究院王旭课题组合作揭示隐花色素相分离调控拟南芥下胚轴伸长的新机制

近日，北京大学现代农业研究院王旭课题组与加州大学洛杉矶分校合作者在国际主流杂志Science Advances杂志上发表了题为“Co-condensation with photoexcited Cryptochromes facilitates MAC3A to positively control hypocotyl growth in Arabidopsis”的研究论文，揭示了隐花色素蛋白（Cryptochromes，CRYs）通过发生相分离调控拟南芥下胚轴伸长的新机制。

CRYs在植物中作为蓝光受体通过在多个水平调控基因表达来介导植物对环境光信号的响应。作者前期研究发现，蓝光能够诱导CRY2蛋白发生液-液相分离（liquid-liquid phase separation，LLPS）形成浓缩态的光小体（condensed photobody），同时将m6A RNA甲基化酶复合体招募并富集在光小体中，通过提高甲基化酶复合体的局部浓度来提升其活性，以实现蓝光对全局RNA甲基化的调控（Nature Plants. 2021. 7:1397-1408）。蓝光诱导的CRYs相分离是否还参与其他基因表达调控过程尚不清楚。

该研究通过筛选CRYs的互作蛋白鉴定到泛素E3连接酶MAC3A/3B（MOS4-Associated Complex subunits 3A and 3B），并发现MAC3A/3B与CRYs发生非蓝光依赖的物理互作，但蓝光下CRYs在发生相分离的同时，能够将MAC3A/3B招募至细胞核的光小体中。遗传学分析证实蓝光下mac3a3b双突变体呈现明显的下胚轴缩短表型，表明MAC3A/3B在蓝光下正向调控下胚轴的伸长。后续研究发现MAC3A已知的泛素E3连接酶活性并不参与下胚轴伸长的调控过程，而是通过直接与DNA结合来调控下胚轴生长关键基因的表达。ChIP-seq实验结果显示蓝光能够显著促进MAC3A与染色质的结合，而cry功能缺失或者使用蛋白相分离抑制剂（1，6-己二醇）处理都能够大幅降低这种促进作用，表明蓝光的促进作用由CRYs介导，且其分子机制可能由蓝光依赖的CRYs-MAC3A复合体相分离来解释，即蓝光通过诱导CRYs-MAC3A复合体发生相分离来提升MAC3A在细胞核中的局部浓度从而增强其活性。此外，详细分析MAC3A蛋白在基因组上的结合位点发现其结合基序以G-box为主，且与下胚轴伸长负调控因子HY5的结合位点大量重合（约占HY5结合启动子位点的62%）。体内体外结合实验也证明MAC3A能够竞争性抑制HY5与DNA的结合由此拮抗HY5调控基因表达的活性。

综上所述，该研究揭示了CRYs调控植物下胚轴伸长的一种新机制，即蓝光诱导的CRYs相分离能够通过增强MAC3A的活性来拮抗HY5调节基因表达的能力，从而促进下胚轴的伸长。这一新的发现表明CRYs能够通过平衡对HY5活性的正向和负向调节机制精细控制下胚轴的生长。
 

原加州大学洛杉矶分校姜博晨博士（现为芝加哥大学化学系博士后）、福建农林大学钟振辉博士和苏军博士为共同第一作者，北京大学现代农业研究院王旭研究员和姜博晨博士为共同通讯作者。加州大学洛杉矶分校林辰涛教授参与了该项研究工作。该研究得到泰山学者青年专家项目、山东省优秀青年科学基金项目（海外）和美国NIH项目的支持。

据悉，王旭研究员课题组现招收博士后研究人员1-2人。该课题组以模式植物拟南芥和经济作物辣椒为研究对象，开展以下两方面研究：1. 光受体和光信号转导分子机制；2. 环境因子调控辣椒重要天然产物（辣椒素和辣椒红素）含量的分子遗传机制。更多课题组信息详见：http://www.pku-iaas.edu.cn/list_38/524.html

论文链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adh4048