Mol Plant：中科院植物所林荣呈团队揭示光信号与温度信号的整合机制

光照与温度是影响植物生长发育非常重要的两个环境因素。光不但为植物光合作用提供能量来源，而且作为一种信号物质调控植物从种子萌发、光形态建成、向光性、向重力性、避荫反应、生物节律，到开花结果的整个生命过程。植物能够精确感受光质、光强、光周期及方向的微弱变化并调控自身的生长发育模式，从而更好地适应外界环境。近十年研究表明，在不造成植物胁迫情况下的环境高温也调节植物的形态建成和开花等生长发育进程。至今，仅发现少数几个蛋白质在响应和整合光照和温度信号中发挥作用。因此，寻找光温信号途径的新因子，并构建和完善信号调控网络，对解析植物响应光温环境的分子机理具有重要的科学意义。

2018年5月2日，中国科学院植物研究所光生物学重点实验室林荣呈课题组在国际知名学术期刊Molecular Plant上在线发表了题为“SEUSS and PIF4 Coordinately Regulate Light and Temperature Signaling Pathways to Control Plant Growth”的研究论文。该研究发现了一个新的因子SEUSS (SEU)能够与转录因子PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 4 (PIF4)互作并整合光信号和温度信号，进而调控植物的幼苗形态建成。

林荣呈课题组主要从事光信号转导与叶绿体发育的相关研究工作。近年来通过正向遗传学方法筛选和鉴定了参与光信号转导的新因子。实验室之前研究发现EPP1（ENHANCED PHOTOMORPHOGENIC 1）编码一个染色质重塑因子PICKLE，通过与多种不同的转录因子互作抑制光形态建成（Jing et al., Plant Cell 2013; Zhang et al., Plant Cell 2014）。此次发表的实验室最新工作报道了对拟南芥epp2突变体的详细研究。生理表型分析发现，在红光、远红光及蓝光下，epp2下胚轴均比野生型Col短，细胞数目与长度均比Col少，epp2子叶在黑暗中微张开，光响应基因表达显著上升，表明EPP2是光形态建成的负向调控因子。同时，与拟南芥正常生长的22°C相比，高温（28°C，但不产生胁迫）促进幼苗下胚轴的伸长，而epp2突变体对高温的敏感性显著下降，表明EPP2也是温度形态建成的正向调控因子。

图位克隆及互补实验证明epp2表型是由SEU基因（编码一个转录辅助因子）的突变造成的。SEU蛋白全长具有转录抑制活性，但是其C端具有很强的激活能力。进一步的实验发现，SEU与PIF4转录因子能直接互作，遗传分析发现，seu/pif4双突变体表现出比单突变体更强的表型。RNA-seq及ChIP结果表明，SEU可以结合到众多参与生长素合成及信号转导基因的启动子区并激活它们的表达，但SEU结合下游基因DNA不依赖于PIF4。然而，PIF4激活生长素合成相关基因的表达依赖于SEU，暗示PIF4的功能依赖于SEU的存在，而SEU可能还与其它因子互作具有更广泛的功能。与基因表达相一致的是，seu突变体中的生长素含量只有野生型的约一半，说明SEU调控了生长素的合成而影响形态建成。该项研究揭示了PIF4与SEU响应光信号与温度信号，形成转录调控复合物，对生长素合成与信号相关的靶基因进行调节，改变生长素的含量和信号过程，实现对生长发育的调控，使植物更好地适应光温环境。

该论文的通讯作者为中科院植物研究所林荣呈研究员，第一作者为中科院植物研究所助理研究员淮俊玲博士和博士生张鑫裕。研究工作得到了农业部、科技部和基金委等项目的资助。

相关文献：

Zhang D, Jing YJ, Jiang ZM, Lin RC (2014). The chromatin remodeling factor PICKLE integrates brassinosteroid and gibberellin signaling during skotomorphogenic growth in Arabidopsis. Plant Cell, 26: 2472-2485.

Jing YJ, Zhang D, Wang X, Tang WJ, Wang WQ, Huai LJ, Xu G, Chen DQ, Li YL, Lin RC* (2013). Arabidopsis chromatin-remodeling factor PICKLE interacts with transcription factor HY5 to regulate hypocotyl cell elongation. Plant Cell, 25:242-256.

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林荣呈研究员简介

林荣呈，中国科学院植物研究所研究员，中科院光生物学重点实验室副主任。中国科学院“百人计划”，国家杰出青年科学基金获得者，曾获中科院青年科学家奖，中国侨界创新人才贡献奖，入选国家“百千万人才工程”，科技部中青年科技创新领军人才，“万人计划”科技创新领军人才，享受国务院政府特殊津贴。主要从事植物光信号调控及光合作用的研究，在植物光信号转导调控机制、叶绿素合成和叶绿体发育的分子调控等方面取得了一系列研究成果，发表在Science、Nature Communications、PNAS、Plant Cell及Molecular Plant等国际学术期刊。