PIN-formed（PIN）蛋白介導(dǎo)的極性生長素運(yùn)輸在植物的光形態(tài)建成中發(fā)揮了重要的作用。然而，光信號(hào)如何精準(zhǔn)調(diào)控PIN蛋白定位，一直是植物學(xué)領(lǐng)域的未解之謎。

近日，西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院張覓課題組在植物學(xué)權(quán)威期刊The Plant Cell上發(fā)表題為A light-governed cascade of ubiquitin modifications regulates cotton fiber development by coordinating PIN3a proteolysis的研究論文，揭示了光信號(hào)通過級(jí)聯(lián)泛素化修飾控制PIN3a蛋白穩(wěn)定性，調(diào)控棉花纖維發(fā)育的新機(jī)制。

棉花是重要天然纖維作物，其生長發(fā)育貫穿整個(gè)夏季。棉纖維的發(fā)育與光照密切相關(guān)。然而，光信號(hào)是如何轉(zhuǎn)化為棉纖維發(fā)育的調(diào)控指令，其背后的分子機(jī)制一直不清。該研究在前期揭示生長素以及PIN3a介導(dǎo)的極性生長素運(yùn)輸在促進(jìn)纖維發(fā)育、改良棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上【1-3】，證明光照對(duì)纖維起始和伸長調(diào)控是通過PIN3a實(shí)現(xiàn)。PIN3a作為影響纖維發(fā)育的關(guān)鍵生長素外排載體，其在棉花胚珠表皮中的定位極性和穩(wěn)定性受到精細(xì)調(diào)控【4】。光信號(hào)通過“COP1–UCH3-PIN3a”這一核心模塊直接影響胚珠表皮的極性生長素運(yùn)輸。

COP1（E3泛素連接酶）通過其底物UCH3（去泛素化酶）間接調(diào)控PIN3a的泛素化水平。白天，COP1的穩(wěn)定性受到光抑制，UCH3的穩(wěn)定性增加，進(jìn)而讓PIN3a的泛素化水平降低而增強(qiáng)其在質(zhì)膜的定位。夜晚，COP1穩(wěn)定性增加，促進(jìn)UCH3的降解，導(dǎo)致GhPIN3a的泛素化修飾增加而被降解。有意思的是，PIN3a降解過程中不光檢測(cè)到與液泡降解途徑相關(guān)的K63泛素化修飾，還檢測(cè)到與蛋白酶體降解通路相關(guān)的K48泛素化修飾，而且可能蛋白酶體參與其中。

綜上，該研究不僅揭示了光信號(hào)通過級(jí)聯(lián)泛素化修飾對(duì)極性生長素運(yùn)輸?shù)闹苯诱{(diào)控，還奠定了棉花發(fā)育響應(yīng)光信號(hào)的理論基礎(chǔ)，對(duì)深入認(rèn)識(shí)光對(duì)植物極性生長素運(yùn)輸和棉花纖維發(fā)育的調(diào)控具有重要意義。

圖1. 光調(diào)控棉胚珠表皮極性生長素運(yùn)輸?shù)哪Ｐ?/p>

西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院博士生張柳琴為該論文的第一作者，西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院張覓研究員和生命科學(xué)學(xué)院許長征教授為該論文的共同通訊作者。西南大學(xué)侯磊研究員以及裴炎教授在論文修改與數(shù)據(jù)分析中提供了寶貴建議。該研究得到國家自然科學(xué)基金、重慶市青年拔尖人才計(jì)劃和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。

參考文獻(xiàn)

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https://doi.org/10.1093/plcell/koaf237