幼苗感知第一缕光后如何开启新的生命历程？科学家发现关键开关

当我们把一颗种子埋在土壤中，它在黑暗中萌发，长出细长的黄化幼苗。而一旦接触到阳光，幼苗就会立刻停止伸长，叶片迅速转绿——这一神奇的生命转换背后，隐藏着植物感知和传递光线密码的精密分子机制。

近日，中国科学院华南植物园刘勋成研究员团队首次揭示了一种名为“乙酰化”的蛋白质修饰方式在幼苗从“破土” 到“见光生长”过程中的核心调控作用。该成果近日发表于国际学术期刊《分子植物》（Molecular Plant）。

（图片来源：作者使用AI生成）

幼苗从黑暗到照光后的剧变：蛋白质“去乙酰化”大爆发

种子植物一生中最重要的转变之一，就是从黑暗中的“黄化生长”（skotomorphogenesis）转向光照下的“光形态建成”（photomorphogenesis）。这一过程涉及成千上万蛋白质的精密调控。赖氨酸乙酰化修饰（Lys-Ac）作为一种进化上保守而重要的蛋白质修饰方式，这种修饰方式可以改变蛋白质的结构、稳定性和功能，在植物发育中扮演着关键角色。然而，它在幼苗“脱黄化”过程中的具体功能，一直是个未解之谜。

该团体以模式植物拟南芥（一种生长周期短，个体小，且易于遗传转化的植物材料）为研究对象，创新性地对幼苗进行了光照前后的全蛋白质组乙酰化修饰分析。结果令人惊讶：当黑暗中的幼苗接触到光后，蛋白质的赖氨酸乙酰化修饰呈现大面积减少——这提示着“去乙酰化”过程在光信号传导中扮演关键角色。

光受体phyA动态乙酰化变化：一个关键的分子开关被发现

在植物从黑暗环境转向光照的过程中，光受体蛋白扮演着至关重要的角色。本研究就聚焦于植物重要的光受体——光敏色素A（phyA）。团队在早期研究中，通过最前沿的高通量蛋白质乙酰化组学实验，比较了黑暗生长的拟南芥幼苗与出土见光生长3小时后的幼苗中发生乙酰化修饰变化的蛋白质和位点。发现当黄化幼苗见光后，phyA蛋白第65位的赖氨酸（K65）会发生特异性去乙酰化修饰。

更关键的是，这个位点正是调控phyA稳定性的“分子开关”：K65去乙酰化直接促进phyA的泛素化修饰（一种蛋白质修饰方式，通常作为蛋白质降解的标记物）；泛素化标记进而引导phyA被26S蛋白酶体降解。这一降解过程对phyA行使光信号传导功能至关重要。这是因为，作为光的信使，phyA蛋白在传递完光信号的几个小时内，必须要尽快的降解，从而避免过度的生化作用抑制幼苗的发育。

锁定关键调控因子：植物特有的HDT2

我们进一步追踪发现，一种植物特有的去乙酰化酶HDT2，正是操控这一过程的关键因子。

通过蛋白质互作分析技术，如蛋白质复合体分析、双分子荧光互补以及免疫共沉淀等实验，我们发现HDT2在细胞核内与phyA直接相互作用，并特异性催化phyA的K65位点去乙酰化，促进phyA的泛素化修饰与蛋白质的快速降解。

我们还开展了遗传学实验对此进行证实，结果显示，HDT2缺失突变体在远红光下表现出明显的光形态建成缺陷，充分说明该酶在phyA介导的光信号通路中的核心地位。

图注：野生型和HDT2缺失突变体幼苗在远红光下的生长表型

（图片来源：参考文献[1]）

科学意义：揭示光控植物发育新机制

这项研究具有重要的科学意义，首次揭示出光触发蛋白质大规模去乙酰化是幼苗脱黄化的关键事件，其中光受体phyA通过其K65位点的特异性去乙酰化实现自身降解调控。值得注意的是，研究还鉴定出植物特有酶HDT2是光信号与蛋白质修饰的桥梁，这一发现为理解植物光形态建成的分子机制提供了全新视角。

“这项工作揭示了赖氨酸去乙酰化修饰在植物光形态建成中的核心地位，”刘勋成研究员表示，“它首次证明蛋白质乙酰化修饰直接调控光受体的稳定性，为理解植物光信号转导开辟了新维度。”

这项基础研究的突破，不仅加深了对植物光感知机制的认知，也为未来通过分子设计调控作物幼苗生长提供了新的理论靶点。

结语

当种子破土而出，幼苗迎接第一缕阳光时，一场由HDT2精密调控的蛋白质去乙酰化风暴正在细胞核内上演——正是这些纳米尺度的分子事件，决定了植物生命的绿色转型，也成为植物开启光合生命的第一个重要转折点。从黑暗到光明，从依赖到自养，这场微观世界的分子风暴，最终推动了植物王国至关重要的生存转型。

参考文献：

[1]Zheng, Feng, et al.“HDT2-mediated lysine deacetylation promotes phytochrome A degradation during photomorphogenesis in Arabidopsis.”Molecular Plant (2025).

出品：科普中国

作者：刘勋成（中国科学院华南植物园）

监制：中国科普博览