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责编 | 王一
植物形态建成是植株生长发育的重要组成，该过程受光和温度影响。早期研究发现，光照触发植物细胞中Ca2+的内流，进而传递光信号并调控下游光响应元件。然而，目前尚不清楚哪些蛋白参与并解码了光信号触发的Ca2+信号。钙调素蛋白依赖激酶（Calcium-dependent protein kinase, CPK）是一类植物所特有且同时具备Ca2+信号感知和直接解码功能的蛋白激酶，它通过磷酸化下游靶标蛋白将Ca2+信号级联放大并传递至细胞内，影响植物的生长发育。因此，深入研究CPK在光信号传导过程中的作用及其调节机制，对于揭示植物如何响应光环境变化具有重要的科学意义。
近日，浙江大学周艳虹课题组在国际知名期刊PNAS上发表了题为“SlCPK27 crosslinks SlHY5 and SlPIF4 in brassinosteroid-dependent photo- and thermo-morphogenesis in tomato”的研究论文，揭示了“HY5-CPK27-PIF4”信号途径整合光温信号，通过影响油菜素内酯（Brassinosteroid, BR）合成来影响番茄形态建成的机制。
该研究发现番茄CPK27的基因表达受到可见光中不同波长光的诱导，但在光受体突变体（phyA, phyB1B2, phyAB1B2, cry1a）中受到抑制。进一步研究发现，光通过光受体诱导ELONGATED HYPOCOTOYL5 (HY5) 蛋白积累，HY5直接结合到CPK27的启动子上并促进其表达。通过RNA-Seq分析，研究人员发现HY5和CPK27共同调控的基因在BR合成途径中显著富集。为了深入探究CPK27对BR合成的影响，研究团队利用酵母双杂交（Y2H）筛库鉴定出PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR4（PIF4）作为CPK27的候选靶标蛋白。通过蛋白-蛋白互作及磷酸化试验，研究人员证实CPK27可直接与PIF4互作，并在Ser-252和Ser-308位点磷酸化PIF4，这两个位点对于光诱导的PIF4蛋白降解至关重要。此外，研究发现PIF4可结合在BR合成基因DWARF (DWF) 启动子上，促进其表达，从而提高BR含量，促进番茄幼苗下胚轴伸长。有趣的是，温度也通过光受体依赖的“HY5-CPK27-PIF4”途径，影响了BR合成，从而影响植株的温度形态建成。
综上所述，该研究通过揭示HY5-CPK27-PIF4模块在光温形态建成中的作用机制，阐明了光信号与Ca2+信号在番茄幼苗光温信号响应中的协同作用。该研究不仅拓宽了我们对园艺作物光温信号通路的认知，也为优化设施园艺光温环境、培育茁壮植株提供了科学依据。
HY5-CPK27-PIF4作用模式图
浙江大学农业与生物技术学院周艳虹教授和喻景权院士为该文的通讯作者，蔬菜研究所博士研究生朱常安和新农村发展研究院副研究员胡璋健为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家现代农业产业科技体系、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金等项目的资助。
文章链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403040121
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