植物光周期的传导途径（PNAS北京大学发现光信号调控植物向重力性的分子机制）

光和重力是两个核心物理环境因子，共同调控着植物的形态与向性，然而这两个信号协同调控植物生长的分子机制还很不清楚。2020年7月20日，北京大学现代农学院与生命科学学院邓兴旺实验室陈浩东课题组在PNAS上发表了题为 Light modulates the gravitropic responses through organ-specific PIFs and HY5 regulation of LAZY4 expression in Arabidopsis 的研究论文，揭示了光信号差异性地调控植物不同器官向重力性的分子机制。

光与重力对植物的调控紧密关联，以种子植物幼苗阶段为例，当种子在土壤中萌发后，根无论从哪个方向长出来，都会很快在重力的作用下调整为向下生长以固着和吸收营养水分，胚轴则逆重力快速向上生长以突破土壤；见光后，植物迅速开启适合光合作用的光形态建成发育过程（顶端弯钩打开、子叶打开延展），此后其生长方向同时受到光与重力的调控。

陈浩东课题组的研究发现，黑暗环境中，抑制光形态建成的转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) 能直接结合到重力信号正调控因子LAZY4基因的启动子上并激活其表达，使植物的胚轴在暗中能维持很好的负向重力性，利于其向上生长突破土壤；见光后，PIFs蛋白迅速降解，LAZY4表达量下降，胚轴的负向重力性变差。在根中，促进光形态建成的转录因子ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5) 可以直接结合到同一个靶基因LAZY4基因的启动子上并激活其表达，从而促进根的正向重力性，有利于根向下扎得更深。总结起来，该研究揭示了光通过两组不同的转录因子，器官特异性地调控重力信号因子LAZY4基因的表达，抑制胚轴的负向重力性却促进根的正向重力性的机制。

光信号抑制胚轴的负向重力性却促进根的正向重力性的分子机制

该工作在北京大学现代农学院与生命科学学院完成，博士后杨盼宇为本文的第一作者，邓兴旺教授和陈浩东副研究员为共同通讯作者。其他作者包括已毕业博士生文启明、已出站博士后于仁波，在读博士生韩雪。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心的资助。

陈浩东课题组研究领域

植物生长时刻受到周围环境的影响，地球环境中影响植物生长最重要的物理因子包括光和重力等。陈浩东课题组综合运用拟南芥与苔藓等研究体系，鉴定在光和重力信号感受或传递中发挥核心作用的因子并研究它们的工作机制，深入解析光和重力信号转导通路，为理解环境信号在植物生长发育中的作用以及改良相关农艺性状提供理论基础。

该课题组近期发表的主要论文如下：

1. Yang, P., Wen, Q., Yu, R., Han, X., Deng, X.W.*, Chen, H.* (2020). Light modulates the gravitropic responses through organ-specific PIFs and HY5 regulation of LAZY4 expression in Arabidopsis.PNAS doi/10.1073/pnas.2005871117

2. Wang, X.,# Yu, R.,# Wang, J., Lin, Z., Deng, Z., He, H., Fan, L., Deng, X.W., and Chen, H.* (2020). The asymmetric expression of SAUR genes mediated by ARF7/19 promotes the gravitropism and phototropism of plant hypocotyls. Cell Rep 31, 107529

3. Dong, J., Sun, N., Yang, J., Deng, Z., Lan, J., Qin, G., He, H., Deng, X.W., Irish V.F., Chen, H.,* and Wei, N.* (2019). TCP4 and PIF3 antagonistically regulate organ-specific light induction of SAUR16/50 to modulate cotyledon opening during de-etiolation in Arabidopsis. Plant Cell 31, 1155-1170.

4. Dong, J., Ni, W., Yu, R., Deng, X.W., Chen, H.,* and Wei, N. (2017). Light-dependent degradation of PIF3 by SCFEBF1/2 promotes a photomorphogenic response in Arabidopsis. Curr Biol 27, 2420-2430.

5. Sun, N.,# Wang, J.,# Gao, Z., Dong, J., He, H., Terzaghi, W., Wei, N., Deng, X.W.,* and Chen, H.* (2016).Arabidopsis SAURs are critical for differential light regulation of the development of various organs.Proc Natl Acad Sci U S A 113, 6071-6076.

6. Li, K., Yu, R., Fan, L.M., Wei, N., Chen, H.,* and Deng, X.W.* (2016). DELLA-mediated PIF degradation contributes to coordination of light and gibberellin signalling in Arabidopsis. Nat Commun 7, 11868.

7. Li, K., Gao, Z., He, H., Terzaghi, W., Fan, L.M., Deng, X.W.,* and Chen, H.* (2015). Arabidopsis DET1 represses photomorphogenesis in part by negatively regulating DELLA protein abundance in darkness.Mol Plant 8, 622-630.

8. Dong, J., Tang, D., Gao, Z., Yu, R., Li, K., He, H., Terzaghi, W., Deng, X.W., and Chen, H.* (2014).Arabidopsis DE-ETIOLATED1 represses photomorphogenesis by positively regulating phytochrome-interacting factors in the dark. Plant Cell 26, 3630-3645.

原文链接：

https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2005871117