光是植物光合作用的能量来源。光作为一个重要的环境信号,广泛参与调节植物生长发育的各个阶段。当植物幼苗出土见光时,光信号迅速激活光形态,表现为下胚轴生长受到抑制,子叶张开变绿,启动光合作用。这是植物早期生长的关键阶段之一。植物在进化过程中形成复杂精密的光信号转移系统,通过对光形态的精细控制,实现对动态光环境的高效响应。
在调节植物生长发育和对环境的反应方面,表观遗传修饰起着重要作用。组蛋白共价修饰是表观遗传修饰的一部分,它可以通过改变染色状态来影响基因表达。在这些因素中,组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)是维持基因沉默的关键修饰。动植物细胞命运决定和生长发育过程中,H3K27me3的动态调节起着关键作用。
此前,中国科学院遗传与发展生物学研究所曹晓风研究小组在高等植物组蛋白修饰研究方面取得了一系列成果。然而,目前还不清楚H3K27me3的动态控制是否响应光信号,是否参与植物光形态的建设。该团队综合运用染色质组学、转录组学、生物化学和遗传学等研究方法,揭示了REF6参与拟南芥红光信号转导的分子机制,阐明了光受体、表观遗传修饰因子与转录因子协调调节基因表达以响应光信号的作用。
表型分析发现,在光照条件下,REF6功能缺失突变体表现出明显的下胚轴矮化表型;而其它组蛋白H3K27me3去甲基化酶功能缺失突变体则没有明显的表型变化,说明REF6在拟南芥光形态建成过程中起到了主要作用。此外,研究表明,REF6在红光下的蛋白质量显著积累,表现出较强的H3K27去甲基化活性。REF6在红光的照射下,优先选择Pfr作用于光敏色素phyB的活性形式。这种相互作用增强了REF6的蛋白质和稳定
上述研究揭示了植物光环境反应的表观遗传控制机制,拓展了植物光形态构建的多维控制网络,阐明了植物在复杂多变的光环境中的生长,通过协同作用对光受体、表观遗传因子和转录因子进行精细控制,加深了植物光信号转移研究的认知。
三月十日,相关研究成果以The为基础。 Arabidopsis demethylase REF6 physically interacts with phyB to promote hypocotyl elongation under red 以light为题,在网上发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上面。研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会会员项目、中国科协青年人才支持项目。
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