PNAS | 南方科技大学郭红卫课题组揭示植物幼苗出土见光转绿过程的调控新机制

在通过暗形态建成突破土壤覆盖后，黄化幼苗将在光信号的诱导下完成转绿(greening) ， 进而 进入光合自养阶段。在模式植物拟南 芥 中，叶绿素积累和叶绿体成熟是黄化幼苗 顺利 转绿的显著标志。 这一过程中 ，黄化幼苗中积累的原叶绿素酸酯( Pchlide ) 在光照下由 光依赖型的 NADPH: 原叶绿素酸酯氧化还原酶 (LPORs) 催化， 还原 为叶绿素酸酯 ( Chlide ， chlorophyll a 的直接前体 ) ，是叶绿素合成的关键步骤。若 Pchlide 积累量和 LPORs 催化能力之间的平衡被打破，将会引 发光氧化损伤导致 黄化幼苗见光转绿失败 。 对 水稻和高粱等 作物而言， 转绿 效率 直接影响其出苗率和光能利用率，具有 重要农业价值 。因此，解析黄化幼苗出土见光转绿的调控机制，不仅将深化我们对植物在快速光暗环境变化下适应性的认知，还能为培育高转绿效率的作物提供理论基础。

南方科技大学生命科学学院郭红卫课题组长期致力于气体激素乙烯在调控植物黄化幼苗破土和见光转绿过程中相关机制的研究。 近年来郭红卫课题组还率先报道了 HLS1 蛋白的乙酰化 酶活性 (Huang et al., 2023 Plant Cell ； Guo et al., 2023 Plant J. ) 。 近日，该课题组通过 分子遗传学、 分子生物学 和 生物化学等 方法 详细 阐明了 拟南 芥 HLS1 介 导乙烯信号促进黄化幼苗见光转绿过程的分子机制 。研究 成 果以 “Arabidopsis HOOKLESS1acts as a histone acetyltransferase to promote cotyledon greening during seedlingde-etiolation”为 题 发表在国际权威期刊 PNAS 上 。

黄化幼苗的见光转绿过程受到多种内、外源因素的共同调控。研究表明，乙烯信号依赖于其下游核心转录因子 EIN3 (ETHYLENE INSENSITIVE 3) / EIL1 (EIN3-LIKE 1) 显著地 促进黄化幼苗见光转绿过程。因此，深入研究 EIN3/EIL1 介 导的转录调控机制，将有助于阐明复杂信号网络协同调控黄化幼苗见光转绿过程的具体分 子机制。此外，尽管已有研究表明组蛋白乙酰转移酶参与光响应基因的表达调控，但建立黄化幼苗转绿过程中组蛋白乙酰化修饰的关键酶仍不清楚。

该研究发现，经典的暗形态建成调控因子HOOKLESS1（ HLS1 ）依赖于其乙酰转移酶活性促进拟南 芥 黄化幼苗的见光转绿过程。 转录组 测序分析（ mRNA-seq ）表明， HLS1 显著促进黄化幼苗中转 绿相关 基因的转录激活。分子生化实验表明 HLS1 在体外可直接乙酰化组蛋白 H3 ，并在体内负责转绿相关基因 附近 组蛋白乙酰化修饰。此外， HLS1 介 导的组蛋白乙酰化修饰有利于 乙烯信号转录因子 EIN3 结合靶基因，进而确保转绿相关基因的表达。因此，HLS1介导的组蛋白乙酰化修饰很可能是黄化幼苗整合内外源刺激并确保见光转绿过程的关键机制。

图 1：图中上方卡通图片示意在野生型黄化幼苗（上）和hls1-1突变体黄化幼苗（下）见光转绿过程的模式图。在野生型中，HLS1蛋白可以促进转绿相关基因附近组蛋白乙酰化水平的升高，有助于乙烯信号核心转录因子EIN3/EIL1结合到这些基因的启动子区域，从而促进转绿相关基因的表达，最终确保黄化幼苗顺利完成见光转绿过程。

综上，该研究详尽阐述了拟南芥HLS1蛋白促进黄化幼苗见光转绿的分子机制。结合之前的研究成果，郭红卫课题组系统性地描绘了黄化幼苗见光转绿过程的分子机制。

南方科技大学生物系 郭红卫 教授课题组博士后 彭 旸 和 彭滔 为该论文的共同第一作者， 郭红卫教授 和 王益川 高级工程师为论文共同通讯作者； 郭红卫 课题组博士研究生 初奕杉 、研究助理教授 严维 、本科生 姚润祎 、工程师 温兴 、博士后 裘喻平 、博士研究生 王孟 、硕士研究生 陈小倩 、研究助理 肖志娜 、 张丹 、 尹竹君 也参与了本研究工作。该研究中所使用 ChIP -seq 实验技术得到了南方科技大学生物系 吴柘 副教授的大力支持。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、新基石实验室基金、广东省植物细胞工厂分子设计重点实验室基金、 深圳市科创委 的资助。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2425647122