北京大学邓兴旺/何航团队 揭示光信号调控网络与植物登陆的关系
2019-04-25
光是植物发育最重要的环境因素之一，不仅为植物提供能量，还作为信号调控植物的发展。在漫长的演化历史中，植物经历了剧烈的环境变化，包括从深海到浅水区，从水生环境到陆地环境等。植物需要不断获得监控光信号的能力并对不同的光信号做出响应。近日，Molecular Plant 在线发表了北京大学邓兴旺/何航团队题为Origin and evolution of core components responsible for monitoring light environment changes during plant terrestrialization的研究论文，揭示了植物光信号转导核心组分的起源和演化。
植物演化与光信号调控网络的起源
该研究利用大规模已发表的基因组和转录组数据，鉴定了光信号调控网络中核心组分的直系同源基因，并重新构建了其进化历史。研究结果表明，植物需要不断获得特定光信号调控途径，得以在新光源中获得更好的适应性。（1）由于大气和水体的吸收，不同的波长的光能到达的深度不一。其中蓝光可到达范围最深，紫外光次之，红光只能存在于空气及水面以下几米的范围内。最早的真核植物代表红藻门大多生活在蓝光为主要光源的深海里，以防止浅水和空气中的UV-B损伤。绿藻门植物祖先获得了包含UVR8、HY5、SPA等的信号途径，使得植物的生活区域从深海扩张到较浅水域。（2）随着藻类继续向水面扩张，轮藻门植物的祖先获得了包含PHY、PIFs、EIN3等的红光信号调控途径，使得这部分轮藻植物可以更好适应水面环境。（3）在种子植物中，光信号调控途径通常与激素调控途径相互作用，该研究以种子出土的调控途径为例，发现轮藻门植物已经获得了包含EIN3、PIFs、EBF1、FHY1等的调控途径。综上，在轮藻门植物中，所有的光受体，所有的COP/DET/FUS核心调控因子，以及大部分的转录因子已经起源，由此推断整个光信号调控网络在植物登陆之前已经起源。
该研究还发现，在植物向陆地的扩展过程中，光信号调控网络核心组分COP1与SPA之间存在明显的协同进化现象。该研究首次全面系统地构建了植物登录过程中光信号调控网络的演化历史，为光信号途径和光形态建成相关的研究提供了新的借鉴。
邓兴旺教授、何航副研究员和研究生韩雪
北京大学现代农学院邓兴旺教授、南京师范大学钟伯坚教授和北京大学生命科学学院何航副研究员为该论文的通讯作者，北京大学现代农学院三年级博士研究生韩雪为第一作者。