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。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)。相关成果已于近日发表于国际知名期刊NatureCommunications上。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。
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南方科技大学周华研究助理教授为本文第一作者,邓兴旺院士为通讯作者。南方科技大学为第一作者单位,北京大学现代农业研究院是第二单位,北京大学现代农业研究院秦国臣研究员,博士研究生曾海越,研究助理付颖参与了该研究工作,参与该项研究的合作单位有西南大学、南京农业大学、兰州大学、南京师范大学、华南农业大学、美国布鲁克海文国家实验室、海南省农业科学院。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。https://www.nature.com/articles/s41467-024-49571-9