Trends Plant Sci | 北大农研院王旭团队与合作者综述植物蓝光受体隐花色素的作用机制
2025-02-05
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植物隐花色素CRYs是一类与DNA光裂解酶同源的黄素结合蛋白,首次发现于模式植物拟南芥中,随后发现CRYs在其他物种中也广泛存在,包括植物、微生物、动物和人。在植物中CRYs主要作为蓝光受体介导多种光生理响应,如光形态建成、光周期开花、生物钟节律、气孔开闭、保卫细胞发育、避荫反应、向性生长、根的伸长、病原体应答、非生物胁迫响应、细胞周期调节、种子休眠以及磁场感应等。近年来在农作物中的研究表明,CRYs参与调控多种重要农艺性状,如大麦种子的萌发,番茄和葡萄果实的品质,油菜、小麦和大麦的胁迫响应,大豆株型以及水稻和番茄的花期等。可见,CRYs在植物生长发育和环境适应性中发挥关键的调控作用。
CRYs由两个结构域组成,N端结构域与光裂解酶同源(Photolyase Homologous Region,PHR),能够结合生色团黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)并负责感知光信号;C端结构域是CRYs特有的一段延伸区(Cryptochrome C-terminal Extension,CCE),该结构域为高度非结构化的IDRs(Intrinsically disordered regions),对CRYs的功能至关重要。CRYs能够与许多蛋白发生互作,从而在多个层面参与基因表达调控,包括转录起始、选择性剪切、RNA修饰、蛋白质降解等。论文综述了迄今为止发现的80余种CRYs互作蛋白,并重点阐述了CRYs的两种作用机制(见下图)。第一种是形成“非组成型 CRY 蛋白复合体(non-constitutive CRY complexes)”。这类CRYs互作蛋白对蓝光极为敏感,能够根据光暗变化调整与 CRYs 的亲和力。这种互作方式与经典的 “锁钥模型” 类似,即蓝光激活 CRYs,使其构象发生改变,从而改变对“非组成型CRY 互作蛋白”的亲和力,进而特异在光或暗下调节互作蛋白的活性,早在十多年前被发现的植物 CRYs 光响应机制,主要与非组成型 CRY 互作蛋白相关。另一类是形成“组成型 CRY 蛋白复合体(constitutive CRY complexes)”。与非组成型不同,这类近年来新鉴定到的CRYs互作蛋白与 CRYs 的亲和力不受光暗条件影响。在这一新机制中,光诱导的LLPS是组成型 CRY 复合体光响应以及基因表达光响应变化的核心驱动力,而非单纯亲和力的改变。论文最后作者也提出了CRYs作用机制研究中一些尚待解决的问题,比如CRYs LLPS形成液滴的大小和组成如何决定CRYs的功能?CRYs IDRs中存在的SLiMs(short linear motifs)如何影响CRYs LLPS过程和活性?CRYs的两种作用机制如何相互协调和转换?等,为下一步研究提供了方向。
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王旭研究员为该论文的第一作者,林辰涛教授为通讯作者。该研究得到了美国国家卫生院(NIH)、中国国家自然科学基金、泰山学者青年专家和山东省海外优青等项目的经费资助。