Plant Journal | 上海交通大学尹若贺课题组揭示COP1在紫外光UV-B信号转导中的多种功能

近日，上海交通大学农业与生物学院尹若贺课题组在The Plant Journal杂志发表了题为Dissecting the functions of COP1 in the UVR8 pathway with a COP1 variant in Arabidopsis的研究论文，揭示了COP1在UVB信号通路的多重作用 。

植物通过光受体UVR8感知紫外光UV-B，调节生长发育、代谢和抗逆等。COP1是黑暗环境下植物光形态建成的一个关键抑制因子。红光/远红光以及蓝光通过激活其相应的光受体抑制COP1的功能，促进光形态建成。然而目前的研究表明在紫外光UV-B信号通路中，COP1的功能和已知的典型功能并不完全相同。该课题组最近发现紫外光UV-B引起光受体UVR8从大分子量的二聚体解体为单体 （∽46kDa） ，允许单体通过自由运输的方式进入细胞核，在核内COP1结合UVR8单体促进UVR8在细胞核内滞留和积累 (Fang et al., 2022) 。 然而紫外光UV-B是否调控COP1的亚细胞定位积累变化目前并不十分清楚。 此外，蛋白结构研究发现UVR8通过其两个结构域 （核心结构域和VP motif） 和COP1互作，导致COP1无法结合其底物的 VP motif, 引起包括HY5在内的底物蛋白的稳定性提高和蛋白积累 (Lau et al., 2019; Wang et al., 2022) ，该作用方式被认为是COP1行使紫外光UV-B信号转导功能的机制。

为了深入解析COP1在紫外光UV-B信号通路中的功能，本研究中，基于已发表的COP1 WD40的蛋白晶体结构，发现一个对于其结合底物VP motif至关重要的氨基酸C509，并且该氨基酸在进化上高度保守，从单细胞藻类到人类的COP1都含有该氨基酸，暗示了C509对于COP1功能十分重要。

通过将C509替换为Serine, 研究发现COP1的变体COP1 C509S 失去结合多个蛋白VP motif的能力，包括HY5，HYH，HFR1 以及 UVR8。然而保留了正常结合UVR8核心结构域的能力。因此，这个材料可以用来解析COP1的紫外光信号转导功能是否依赖COP1结合VP motif 介导的蛋白降解过程。通过转基因植物的表型分析，结果表明紫外光UV-B的信号转导能力在COP1 C509S 转基因植物体内有明显下降，但很意外的发现仍然保留了明显的紫外光UVB信号转导能力，该结果表明COP1可以通过至少两种不同的机理促进紫外光UV-B 信号转导，一种通过结合 VP motif，另外一种不依赖其结合 VP motif。

接着，细胞核质分离实验表明UV-B仅略微增加细胞核中YFP-COP1蛋白水平，显著促进YFP-COP1在细胞质中的积累；然而cop1/35S: YFP-COP1 C509S 中，UVR8蛋白的核积累和YFP-COP1 C509S 蛋白在细胞质中的积累量都明显下降。因此，完整的UVR8-COP1相互作用对UVR8的核滞留及COP1在细胞质中的积累至关重要。UVR8的结合导致COP1蛋白积累的机理目前并不清楚，细胞质中的COP1相关功能值得深入研究。

图1. COP1在UVR8信号通路中的作用模型

上海交通大学农业与生物学院博士研究生张倩雯为论文第一作者，尹若贺副教授为通讯作者。此外，助理研究员林丽博士、博士后方芳、博士后崔北米，博士研究生朱诚等参与了该研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中国博士后科学基金以及上海交通大学等项目的资助。

参考文献：

Fang, F., Lin, L., Zhang, Q., Lu, M., Skvortsova, M.Y., Podolec, R., Zhang, Q., Pi, J., Zhang, C., Ulm, R., and Yin, R. (2022). Mechanisms of UV-B light-induced photoreceptor UVR8 nuclear localization dynamics. New Phytol 236, 1824-1837.

Lau, K., Podolec, R., Chappuis, R., Ulm, R., and Hothorn, M. (2019). Plant photoreceptors and their signaling components compete for COP1 binding via VP peptide motifs. EMBO J 38, e102140.

Wang, Y., Wang, L., Guan, Z., Chang, H., Ma, L., Shen, C., Qiu, L., Yan, J., Zhang, D., Li, J., Deng, X.W., and Yin, P. (2022). Structural insight into UV-B-activated UVR8 bound to COP1. Sci Adv 8, eabn3337.

Zhang, Q., Lin, L., Fang, F., Cui, B., Zhu, C., Luo, S., and Yin, R. (2022). Dissecting the functions of COP1 in the UVR8 pathway with a COP1 variant in Arabidopsis. Plant Journal. doi.org/10.1111/tpj.16059

https://doi.org/10.1111/tpj.16059