植物的向光性（phototropism）是一種關(guān)鍵的環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制，使其能通過(guò)調(diào)整生長(zhǎng)方向來(lái)優(yōu)化對(duì)光能的捕獲，提升光合效率并促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育。向光素phototropin 1（phot1）作為核心的光受體，介導(dǎo)了植物對(duì)藍(lán)光的感知和向光性反應(yīng)。盡管已有的研究鑒定了phot1下游信號(hào)通路組成和功能，但連接光信號(hào)與phot1激酶活性的關(guān)鍵調(diào)控因子至今仍未被發(fā)現(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院華南植物園劉勛成研究團(tuán)隊(duì)鑒定發(fā)現(xiàn)phot1的多個(gè)賴(lài)氨酸位點(diǎn)發(fā)生乙酰化修飾，并證實(shí)保守的賴(lài)氨酸位點(diǎn)（K636）的乙酰化修飾調(diào)控其自磷酸化和激酶活性，影響植物的向光性反應(yīng)；遺傳表型篩選發(fā)現(xiàn)賴(lài)氨酸去乙酰化酶HDA9為調(diào)控植物向光性和phot1活性的關(guān)鍵上游因子，通過(guò)調(diào)節(jié)phot1的乙酰化水平影響其磷酸化與激酶活性；同時(shí)，證實(shí)該"乙酰化-磷酸化協(xié)同調(diào)控"作用在不同物種如番茄、煙草和花生中具有高度的保守性，凸顯該機(jī)制在植物向光性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的廣泛性與重要性。
基于以上結(jié)果，研究組提出乙酰化修飾連接光信號(hào)和phot1激活的分子模式：在感知環(huán)境光信號(hào)后，phot1快速發(fā)生磷酸化修飾，進(jìn)而激活其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，同時(shí)顯著降低phot1與HDA9的結(jié)合能力。隨后，在未知乙酰轉(zhuǎn)移酶（Acetyltransferases，ATs）的作用下，乙酰化修飾的phot1逐漸積累，形成負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路。該機(jī)制通過(guò)抑制phot1過(guò)度磷酸化來(lái)防止光信號(hào)過(guò)度放大。這種循環(huán)進(jìn)行的“乙酰化-去乙酰化修飾”模塊構(gòu)成了精確的分子制動(dòng)系統(tǒng)能夠微調(diào)向光性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)強(qiáng)度，從而確保植物獲得最佳生長(zhǎng)響應(yīng)。這種獨(dú)特的模式展示了植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的高度精確性和可塑性。本研究為農(nóng)作物的光適應(yīng)性和光能高效利用遺傳育種提供了新的理論基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以 “Histone Deacetylase 9 Modulates Phototropin 1 Acetylation Dynamics to Fine-Tune Phototropic Responses in Plants”為題于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Plant Communications（《植物通訊》）（IF2024 11.6）上。華南植物園梁敏婷助理研究員和鄧書(shū)林研究員為共同第一作者，劉勛成研究員為通訊作者。研究團(tuán)隊(duì)成員包括張藝副研究員、列志旸副研究員、公共實(shí)驗(yàn)室戴光義博士、研究生楊泳怡和實(shí)習(xí)生郭景源。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346225001865
圖1. 分子模式：HDA9介導(dǎo)phot1乙酰化-磷酸化動(dòng)態(tài)平衡調(diào)控植物向光性
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