网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nature Commun. | phyB-PIF1-SPA1复合体调控拟南芥光形态建成的分子机制

0
分享至

真核生物中泛素-26s蛋白酶体系统(UPS)在控制生长发育方面发挥着关键作用,并参与拟南芥的光形态建成【1,2】。COP1是高度保守的含有WD40重复序列和螺旋结构域的RING nger蛋白。COP1是典型的E3泛素连接酶,直接或间接地与多种底物相互作用,是植物光形态发生的中心抑制因子。SPA1最初是筛选分离出的phyA-105突变体的抑制子【3】。4个SPA基因(SPA1、SPA2、SPA3和SPA4)在植物发育中发挥不同的作用。SPA含有一个N端ser/thr激酶结构域,一个中间螺旋结构域,C端有四个WD-40重复序列与特定底物的相互作用【3】。SPAs通过螺旋结构域与COP1直接相互作用,形成多个COP1-SPA复合体【4】。遗传证据表明,SPAs可以增强体内COP1活性。此外,COP1-SPA复合物与CULLIN4结合,CUL4COP1-SPA在黑暗中促进光形态建成正调控转录因子的降解,抑制光形态基因。

红光/远红光受体phy(phychromes)的通过构象变化 (从不活跃的Pr到具有生物活性的Pfr形式),并迁移到细胞核,从而响应环境光信号【5】。激活的phy与COP1-SPA复合物相互作用,抑制E3连接酶活性。在光照条件下,COP1细胞核转运到细胞质,促进了光形态建成。除了抑制COP1-SPA复合物外,光激活的phy还直接与PIFs相互作用。PIFs在光信号通路中起负调控作用。红光激活的phy直接与PIFs相互作用,触发PIFs的快速磷酸化、泛素化和降解,促进光形态建成【6】。在所有的PIFs中,PIF1是唯一能够在黑暗中完全抑制种子萌发。PIF1与phyA和phyB的Pfr形式相互作用,在红光下降解最快。PIF1也直接与COP1-SPA复合物相互作用,PIF1和COP1-SPA复合物在黑暗中以协同的方式抑制光形态发生。然而,在红光照射下,PIF1被COP1-SPA复合物泛素化,并被迅速降解,从而使种子萌发【7】。尽管SPA在N端存在一个激酶结构域,但还目前还不清楚SPA蛋白是否具有独立于COP1的作用。

近日,美国德克萨斯大学奥斯汀分校Enamul Huq团队在Nature Communicaitons发表了一篇题为A phyB-PIF1-SPA1 kinase regulatory complex promotes photomorphogenesis in Arabidopsis的研究论文,揭示了拟南芥phyB-PIF1-SPA1激酶复合物促进光形态建成的分子机制。

红光受体phyB在红光介导的PIF1磷酸化和降解中起主要作用。为了研究phyB和SPA1之间的功能关系,该研究通过酵母双杂交实验发现SPA1与phyB的C端结构域相互作用,体内免疫共沉淀检测发现这种互作依赖于红光诱导。pull-down分析发现phyB可以促进phyB-SPA1-PIF1复合物形成。另外,体外激酶检测发现phyB也可在体外磷酸化PIF1。对PIF1的磷酸化状态和蛋白水平检测发现,在PHYB-GFPΔC转基因植物中PIF1的红光诱导的PIF1的磷酸化和蛋白降解显著降低,说明phyB-SPA1相互作用对于PIF1在光诱导的磷酸化和降解是至关重要的。

phyB与photobody的形成有关,而且phyB的C端结构域对photobody的形成的起到关键作用。同时,phyB的C端结构域对于种子萌发,下胚轴伸长,叶柄长度等多种光敏色素反应中起到重要作用,即在光形态建成过程中,许多由phyB介导的反应都需要phyB的C端结构域的参与。RNA-seq分析证明了SPAs是PIF靶基因调控所必需的,进一步支持了phyB-SPA-PIF1复合体在调控基因表达和响应光形态建成的作用。

本研究提出了在黑暗和光照条件下phyB-SPA1-COP1-PIF1的关系模型。在黑暗中,Pr形式的失活态phyB存在于细胞质中,而COP1-SPA复合物与PIF1相互作用共同诱导 HY5/HFR1等正调控转录因子的降解。然而,在光照下,活化的phyB以Pfr形式的进入细胞核,并与PIF1和SPA1相互作用,触发PIF1的快速磷酸化。phyB与PIFs相互作用主要通过其N端结构域,而C端的80个氨基酸是SPA1相互作用所必需的。phyB可以促进稳定phyB-SPA1-PIF1复合物,通过SPA1激酶启动光诱导的PIF1磷酸化。磷酸化的PIF1被CUL4COP1-SPA E3泛素连接酶识别,通过26S蛋白酶体快速泛素化并降解。PIFs的降解和HY5的稳定促进了光形态建成。

Model showing phyB-SPA1-COP1-PIF1 relationships in dark and light conditions

综上所述,本研究证明SPA1是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,是PIF1光诱导磷酸化所必需的。该研究还揭示了红光/远红光受体phyB直接招募SPA1激酶的机制,这种招募在诱导PIF1磷酸化和降解中发挥关键作用,促进了光形态建成。

参考文献: 【1】Vierstra, R. D. The ubiquitin-26S proteasome system at the nexus of plant biology. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10, 385-397 (2009). 【2】Castillon, A., Shen, H. & Huq, E. Phytochrome Interacting Factors: central players in phytochrome-mediated light signaling networks. Trends Plant Sci. 12, 514-521 (2007). 【3】Hoecker, U., Tepperman, J. M. & Quail, P. H. SPA1, a WD-repeat protein specic to phytochrome A signal transduction. Science 284, 496-499 (1999). 【4】Zhu, D. M. et al. Biochemical characterization of arabidopsis complexes containing CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1 and SUPPRESSOR OF PHYA proteins in light control of plant development. Plant Cell 20, 2307-2323 (2008). 【5】Bae, G. & Choi, G. Decoding of light signals by plant phytochromes and their interacting proteins. Annu Rev. Plant Biol. 59, 281-311 (2008). 【6】Pham, V. N., Kathare, P. K. & Huq, E. Dynamic regulation of PIF5 by COP1-SPA complex to optimize photomorphogenesis in Arabidopsis. Plant J. 96, 260-273 (2018). 【7】Zhu, L. et al. CUL4 forms an E3 ligase with COP1 and SPA to promote light-induced degradation of PIF1. Nat. Commun. 6, 7245 (2015).

https://doi.org/10.1038/s41467-019-12110-y

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

/阅读下一篇/

Science Advances | 华中农大李博课题组揭示番茄免疫受体激活新机制

返回网易首页 下载网易新闻客户端
相关推荐
热点推荐
周鸿祎:台湾岛内的黑客技术水平低但是很勤奋!

周鸿祎:台湾岛内的黑客技术水平低但是很勤奋!

总在茶余后
2025-05-31 15:16:16
日媒:森保一决定轮换阵容激怒中国媒体 他们称日本队违反体育道德

日媒:森保一决定轮换阵容激怒中国媒体 他们称日本队违反体育道德

砚底沉香
2025-06-02 18:42:36
当年买了泰坦尼克号票的8位顶级富豪,为何开船前,却都没上船?

当年买了泰坦尼克号票的8位顶级富豪,为何开船前,却都没上船?

深析古今
2025-04-07 11:16:14
德约科维奇3-0诺里晋级法网男单八强,收获个人法网第100胜

德约科维奇3-0诺里晋级法网男单八强,收获个人法网第100胜

懂球帝
2025-06-03 00:51:17
爆姐的饭后爆料:生命不止,爆料不息!

爆姐的饭后爆料:生命不止,爆料不息!

阿废冷眼观察所
2025-06-02 14:11:52
明星老了不忍直视!鞠萍一脸凶相,任达华干瘦蜡黄,成龙满头白发

明星老了不忍直视!鞠萍一脸凶相,任达华干瘦蜡黄,成龙满头白发

书雁飞史oh
2025-05-21 19:08:10
特朗普:再这样,我就不干了!

特朗普:再这样,我就不干了!

荆楚寰宇文枢
2025-06-01 18:15:35
“保不住香港,我们以死谢罪!”,解密惊心动魄的香港经济保卫战

“保不住香港,我们以死谢罪!”,解密惊心动魄的香港经济保卫战

文史道
2025-02-18 20:31:56
胖东来“杀鱼姐翻车了”!太高估自己离职后,发现自己啥也不是!

胖东来“杀鱼姐翻车了”!太高估自己离职后,发现自己啥也不是!

归史
2025-04-26 13:38:08
第一家因为“AI first”而被用户抛弃的公司出现了

第一家因为“AI first”而被用户抛弃的公司出现了

硅星人
2025-06-02 10:06:30
一切的一切,靠自己(深刻)

一切的一切,靠自己(深刻)

诗词中国
2025-04-05 15:56:56
葡媒:本菲卡已接受无法获得努涅斯500万欧浮动费,后者可能今夏离队

葡媒:本菲卡已接受无法获得努涅斯500万欧浮动费,后者可能今夏离队

懂球帝
2025-06-03 01:46:11
江疏影好美好欲,完全是妈咪级别!

江疏影好美好欲,完全是妈咪级别!

喜欢历史的阿繁
2025-05-25 20:35:19
用“英语+东北话”带货的副局长彭勃,职位调整

用“英语+东北话”带货的副局长彭勃,职位调整

新京报
2025-06-02 14:52:12
总是这样回复你消息的人,是真的看不起你,没必要再联系,断交吧

总是这样回复你消息的人,是真的看不起你,没必要再联系,断交吧

大慧情感
2025-06-03 00:57:16
王伟忠节目意外挖出大瓜!吴姗儒亲口承认:S家早就不来往了

王伟忠节目意外挖出大瓜!吴姗儒亲口承认:S家早就不来往了

一盅情怀
2025-06-01 17:24:22
女跑者穿瑜伽裤,那条线让人浮想联翩

女跑者穿瑜伽裤,那条线让人浮想联翩

跑者排球视角
2025-05-07 21:04:51
刘琛已任新疆维吾尔自治区党委政法委副书记

刘琛已任新疆维吾尔自治区党委政法委副书记

政知新媒体
2025-06-02 22:00:18
死亡率近100%,千万别喝!国内暂无解药,80毫升就可致死

死亡率近100%,千万别喝!国内暂无解药,80毫升就可致死

史行途
2024-12-25 18:29:55
大合同前猛如虎,拿到肥约立马开始划水!说的就是这6名球员

大合同前猛如虎,拿到肥约立马开始划水!说的就是这6名球员

大卫的篮球故事
2025-05-22 17:41:27
2025-06-03 02:28:49
BioArt植物 incentive-icons
BioArt植物
植物科学领域最新研究进展
8479文章数 8681关注度
往期回顾 全部

科技要闻

下周的WWDC,苹果AI依旧不会有“惊喜”

头条要闻

媒体:乌"奇袭"突破有核国家底线 俄应作出最强烈反击

体育要闻

傲了一辈子的恩里克,心中永远住着一个小天使

娱乐要闻

大S女儿来北京!马筱梅带她喝下午茶

财经要闻

近期大火的"稳定币、RWA"是什么?谁将受益?

汽车要闻

吉利汽车5月销量23.52万辆 同比增长46%

态度原创

手机
家居
游戏
亲子
艺术

手机要闻

红魔预热本月新品,电竞平板+散热器

家居要闻

原木纯白 邂逅自然本真

《荒野大镖客》约翰演员首玩游戏:透露角色秘密

亲子要闻

特意去查了一下李亚鹏的培德书院。

艺术要闻

故宫珍藏的墨迹《十七帖》,比拓本更精良,这才是地道的魏晋写法