近日，深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院劉宏濤教授團(tuán)隊(duì)在中科院分區(qū)表生物學(xué)一區(qū)TOP期刊Journal of Integrative Plant Biology表題為“CRY2 interacts with PRR5 in a blue light dependent manner to mediate blue light regulated circadian period”的研究論文。

太陽(yáng)作為一種重要的環(huán)境信號(hào)調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。地球的自轉(zhuǎn)造就了晝夜更替的24小時(shí)周期，而植物為了適應(yīng)這種光暗交替的環(huán)境，演化出了自身的24小時(shí)節(jié)律，即生物鐘。太陽(yáng)光作為生物鐘的關(guān)鍵輸入信號(hào)，其光質(zhì)、光強(qiáng)和光比例等諸多因素，均對(duì)植物生物鐘的周期和節(jié)律有著深遠(yuǎn)影響。盡管過(guò)往研究已證實(shí)光受體在維持植物正常生物鐘周期中發(fā)揮著重要作用，但其背后的精細(xì)調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步完善。

在本項(xiàng)研究中，研究人員成功鑒定出一個(gè)與藍(lán)光受體CRY2具有藍(lán)光依賴(lài)性相互作用的生物鐘核心轉(zhuǎn)錄因子PRR5，并深入探究了藍(lán)光通過(guò)CRY2-PRR5模塊對(duì)植物生物鐘進(jìn)行調(diào)控的機(jī)制。研究結(jié)果表明，藍(lán)光及其受體CRYs對(duì)于植物維持正常的生物鐘周期至關(guān)重要。在cry1 cry2雙突變體中，觀(guān)察到生物鐘周期顯著長(zhǎng)于野生型，且這種差異呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)光依賴(lài)性。此外，轉(zhuǎn)錄組分析揭示，在野生型與cry1 cry2突變體之間，生物鐘相關(guān)基因的表達(dá)存在顯著差異。特別是生物鐘核心轉(zhuǎn)錄因子CCA1和LHY的表達(dá)水平，受到藍(lán)光和CRYs的顯著促進(jìn)（圖1）。

圖1 藍(lán)光通過(guò)CRYs參與植物生物鐘的調(diào)控

研究人員首先利用酵母雙雜交技術(shù)，篩選出一種能夠以藍(lán)光依賴(lài)的方式與CRY2相互作用的轉(zhuǎn)錄因子PRR5。隨后，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，包括雙分子熒光互補(bǔ)（BiFC）、Pull-down以及免疫共沉淀（Co-IP）等，進(jìn)一步確認(rèn)了CRY2與PRR5之間的相互作用。通過(guò)對(duì)生物鐘表型的觀(guān)察，研究人員發(fā)現(xiàn)PRR5在藍(lán)光調(diào)控生物鐘過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，并且處于CRY2的下游（圖2）。

圖2 PRR5位于CRY2下游參與藍(lán)光調(diào)控生物鐘

進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄組分析揭示，CRY2和PRR5能夠拮抗調(diào)控大多數(shù)生物鐘基因的表達(dá)，其中包括CCA1和LHY。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）和雙熒光素酶報(bào)告基因（Dual-LUC）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，藍(lán)光和CRY2可以抑制PRR5的轉(zhuǎn)錄抑制能力，從而促進(jìn)CCA1等生物鐘基因的表達(dá)（圖3）。

圖3 藍(lán)光與CRY2抑制PRR5的轉(zhuǎn)錄抑制能力

不僅如此，PRR5還能夠與TPL蛋白結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體，進(jìn)而抑制下游基因的表達(dá)。酵母三雜交（Y3H）和免疫共沉淀（Co-IP）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CRY2與PRR5的相互作用可以顯著抑制PRR5與TPL之間的相互作用，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體的解聚，進(jìn)而調(diào)控下游基因的表達(dá)。

本研究由深圳大學(xué)副研究員史辰博士與中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士袁希森共同擔(dān)任第一作者，教授劉宏濤為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)培育計(jì)劃以及深圳大學(xué)合成生物學(xué)研究中心的大力支持。