中国农业大学李继刚/杨淑华合作团队应邀综述植物光、温信号整合机制的研究进展

来源 | JIPB

太阳给地球上的生物带来光明的同时也带来了热量。在自然环境中，白天温度高，夜晚温度低，因此光照和温度作为紧密联系的重要环境因子，共同调控植物的生长和发育过程。在漫长的进化过程中，植物演化出了能够同时感知和响应环境光、温信号动态变化的机制。比如，近年的研究证明红光受体——光敏色素B (phytochrome B, phyB) 是植物感知环境温度变化的感受器 (Jung et al., 2016; Legris et al., 2016)。因此，研究和揭示植物光、温信号通路交叉互作的分子机制，有助于深入理解植物的环境适应性机理，并为提高作物在温度胁迫下的生存能力提供新策略。

图1.植物感知温度的机制

近年来，中国农业大学生物学院/植物生理学与生物化学国家重点实验室杨淑华教授和李继刚教授合作团队在光、温信号协同调控植物生长发育和抗冻性领域取得了一系列研究进展。研究表明，光信号途径关键转录因子PIF3在低温下通过抑制低温信号通路关键转录因子基因CBFs/DREB1s的表达，负调控植物的抗冻性 (Jiang et al., 2017)；而CBFs在低温下积累后与PIF3互作，促进phyB蛋白稳定性，从而增强植物的抗冻性 (Jiang et al., 2020)。在环境温度下，CBF1通过调控phyB-PIF4/PIF5信号模块，促进拟南芥下胚轴的伸长 (Dong et al., 2020)。此外，蓝光受体CRY2通过COP1-HY5-BBX7/8信号途径，促进植物对低温的耐受性 (Li et al., 2021)。上述研究成果表明，光和温度信号组分在多个层次相互作用，协同调控植物的抗寒性和生长发育过程。

图2.光调控植物的抗冻性

JIPB近日在线发表了李继刚教授和杨淑华教授合作团队题为 “Integration of light and temperature signaling pathways in plants” 的综述性论文。该论文系统综述了近年来植物光、温信号整合机制的研究进展，主要从两个方面进行了系统性总结：1) 光信号通路的重要组分如何感知和传递温度信号; 2) 低温信号通路的重要组分如何参与光对植物生长和发育的调控。该论文重点介绍了植物温度信号感知、光调控植物抗冻性以及热形态建成等方面的研究进展，并提出了植物光、温信号互作领域亟待研究的重要科学问题。

图3. PIF4参与热形态建成的调控机制

齐立娟博士和施怡婷教授为该论文的共同第一作者，李继刚教授和杨淑华教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金面上项目和北京高校高精尖学科等项目的经费支持。

图4.低温信号通路组分参与光对植物生长和发育的调控

参考文献：

Dong, X., Yan, Y., Jiang, B., Shi, Y., Jia, Y., Cheng, J., Shi, Y., Kang, J., Li, H., Zhang, D., Qi, L., Han, R., Zhang, S., Zhou, Y., Wang, X., Terzaghi, W., Gu, H., Kang, D., Yang, S., and Li, J.(2020). The cold response regulator CBF1 promotes Arabidopsis hypocotyl growth at ambient temperatures. EMBO J.39:e103630.

Jiang, B., Shi, Y., Peng, Y., Jia, Y., Yan, Y., Dong, X., Li, H., Dong, J., Li, J., Gong, Z., Thomashow, M.F., and Yang, S.(2020). Cold-induced CBF-PIF3 interaction enhances freezing tolerance by stabilizing the phyB thermosensor in Arabidopsis. Mol. Plant13:894-906.

Jiang, B., Shi, Y., Zhang, X., Xin, X., Qi, L., Guo, H., Li, J., and Yang, S.(2017). PIF3 is a negative regulator of the CBF pathway and freezing tolerance in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA114:E6695-E6702.

Jung, J.H., Domijan, M., Klose, C., Biswas, S., Ezer, D., Gao, M., Khattak, A.K., Box, M.S., Charoensawan, V., Cortijo, S., Kumar, M., Grant, A., Locke, J.C., Schäfer, E., Jaeger, K.E., and Wigge, P.A.(2016). Phytochromes function as thermosensors in Arabidopsis. Science354:886-889.

Legris, M., Klose, C., Burgie, E.S., Rojas, C.C., Neme, M., Hiltbrunner, A., Wigge, P.A., Schafer, E., Vierstra, R.D., and Casal, J.J.(2016). Phytochrome B integrates light and temperature signals in Arabidopsis. Science354:897-900.

Li, Y., Shi, Y., Li, M., Fu, D., Wu, S., Li, J., Gong, Z., Liu, H., and Yang, S.(2021). The CRY2-COP1-HY5-BBX7/8 module regulates blue light-dependent cold acclimation in Arabidopsis. Plant Cell33:3555-3573.

论文链接：

https://doi.org/10.1111/jipb.13216