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责编 | 王一
根毛是维管植物在进化中由表皮细胞分化出的管状细胞，对于植物水养分吸收、环境适应性、以及与土壤微生物互作起到关键作用。根毛发育依赖于内源发育信号及环境因子。乙烯和光信号均促进根毛发生及生长。光形态建成过程中，乙烯和光信号通过COP1（Constitutively Photomorphogenic 1）互作，从而调控下胚轴的伸长。但在根毛的发育过程中，乙烯和光信号之间是否存在相互交流，其机制如何，尚不清楚。
近日，南开大学张彦教授研究团队联合山东农业大学李厦教授研究团队在Developmental Cell上发表了题为Arabidopsis COP1 suppresses root hair development by targeting type I ACS proteins for ubiquitination and degradation的研究论文，揭示了COP1介导Type I ACS蛋白泛素化，从而整合乙烯和光信号，负调控根毛发生及生长的分子机制。
该研究首先证明COP1抑制根表皮生根毛细胞的命运决定和根毛的极性生长。此外，利用D-root系统，研究发现黑暗抑制根毛发育依赖于COP1。结合药剂学、遗传学和生理学分析，明确了COP1负调控乙烯的合成途径；利用分子生物学及生物化学手段，证明COP1与乙烯合成途径中的第一类限速酶ACS2和ACS6互作，并特异性地催化ACS2和ACS6的泛素化修饰，介导其通过26S-蛋白酶体发生降解。这一研究首次发现了Type I ACS的 E3泛素连接酶。最后，通过遗传学手段证明了ACS2及ACS6是COP1的下游组分。
COP1及黑暗均可促进Type I ACS的降解，使植物根系在出土之前维持较低的乙烯水平，抑制根毛的生长发育。而在下胚轴生长过程中，COP1通过EBF1/2正调乙烯信号通路，促进下胚轴生长。对陆生植物而言，苗期及时获得光照是一个生死攸关的问题。COP1通过整合光和乙烯信号，平衡幼苗不同生长阶段的下胚轴伸长和根毛发育，为幼苗的生存适应性提供了进化优势。
南开大学在读博士生尹桂敏为本论文第一作者，李厦教授和张彦教授为本论文共同通讯作者，已毕业博士生葛福荣和硕士生囤珊珊和方异茹，在读硕士生王丹丹，青岛农业大学李恩教授、上海交通大学吕东平教授和南开大学王宁宁教授也参与了本项工作。本研究受国家自然科学基金资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.021
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