陕西
光控形态建成对于植物幼苗的出土存活及营养方式转变等至关重要。30多年的研究工作确立了泛素连接酶COP1（CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1）介导的蛋白降解在调控幼苗光形态建成中的核心作用。近日，北京大学现代农业研究院邓兴旺团队与南京师范大学生命科学学院李健团队合作在Nature Communications上发表了题为Inactivation of GH3.5 by COP1-mediated K63-linked ubiquitination promotes seedling hypocotyl elongation的研究论文，发现黑暗中COP1可以通过K63泛素化抑制生长素酰胺合酶GH3.5的酶活，从而促进拟南芥幼苗下胚轴伸长。
泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰，在真核生物中高度保守，参与蛋白质降解、DNA损伤响应、细胞周期调控等多个生物学过程。泛素分子含有7个赖氨酸残基，在不同的赖氨酸位点形成泛素链可对底物蛋白产生不同的生物学效应。K48泛素链是最为经典的修饰类型，携带这种泛素链的蛋白通常会被靶向至26S蛋白酶体进行降解；K63泛素链是仅次于K48链的第二大类泛素链，其通常不介导底物的降解，而是调控底物蛋白的酶活、亚细胞定位等。值得注意的是，高等植物基因组编码了1000多个泛素连接酶（E3），但目前仅发现个位数的E3能够介导K63泛素化。COP1介导的泛素化降解作用在动植物生长发育中高度保守，但COP1是否介导非降解型泛素化进而调控生长发育尚不清楚。
该研究首先通过遗传学和生物化学实验发现COP1在拟南芥体内参与K63泛素链的形成。接着，为筛选COP1介导的K63泛素化的底物，利用IP-MS技术设计了两套蛋白鉴定实验：一方面利用能特异结合K63泛素链的K63 TUBE（K63 TANDEM UBIQUITIN BINDING ENTITY）琼脂糖凝珠从拟南芥体内富集并鉴定K63泛素化依赖于COP1的蛋白；另一方面利用常规的IP-MS鉴定COP1的互作蛋白。据此，研究团队鉴定到GH3.5可能是COP1 K63泛素化的底物。GH3.5属于生长素酰胺合成酶家族，能够催化IAA与天冬氨酸（Asp）共价连接成IAA-Asp，从而失活IAA，抑制下胚轴伸长。本研究证实COP1能够对GH3.5进行K63泛素化修饰，进一步发现COP1介导的K63泛素化不影响GH3.5的蛋白稳定性，却显著抑制GH3.5的酶活，从而抑制IAA-Asp的生成、维持IAA的活性，最终促进下胚轴伸长。光信号可以逆转COP1介导的GH3.5酶活抑制，促进IAA催化为IAA-Asp，从而失活IAA、抑制下胚轴伸长（图1）。
综上所述，该工作发掘了COP1介导的泛素化修饰调控蛋白降解之外的新功能，揭示了光信号调控生长素活性的分子机制，为光控生长素代谢调节植物形态建成的研究提供了新视角。
图1 COP1通过K63泛素化抑制GH3.5酶活来促进幼苗下胚轴伸长
北京大学现代农业研究院助理研究员刘永庭博士为本文第一作者；北京大学现代农业研究院邓兴旺院士、南京师范大学李健副教授为论文共同通讯作者；西北农林科技大学谢银鹏教授和南京农业大学许冬清教授也参与了本研究工作。本项研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、江苏省生物学优势学科、南方科技大学以及深圳市科技计划项目等的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58767-6
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