2021年5月7日，Molecular Plant在线发表了湖南大学生物学院赵小英/刘选明课题组题为“The blue-light receptor CRY1 interacts with GID1 and DELLA proteins to repress GA signaling during photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文。该研究报道了蓝光受体CRY1能够与GA受体GID1和GA信号关键抑制因子DELLA蛋白以蓝光依赖的方式直接结合，进而抑制GA信号和促进光形态建成的新机制。
光是调控植物生长发育的重要环境因子。蓝光促进植物光形态建成，抑制幼苗下胚轴伸长。隐花素1(Cryptochrome 1,CRY1)是介导蓝光促进植物光形态建成的主要蓝光受体。赤霉素（Gibberellin,GA）作为早期就被发现的重要激素，在植物光形态建成中也发挥着重要作用。与蓝光的作用相反，赤霉素则抑制光形态建成，促进下胚轴伸长。然而，蓝光与GA拮抗调控光形态建成的分子机制尚不完全清楚。
该研究首先观察到，蓝光抑制拟南芥下胚轴伸长对外源GA的响应，cry1突变体对外源GA的响应增强，CRY1过表达幼苗下胚轴伸长则对外源GA的敏感性减弱，说明CRY1介导蓝光负调节GA信号。进一步研究发现，CRY1介导蓝光抑制GA诱导的DELLA蛋白降解。进一步探究该现象背后的机制发现，CRY1与DELLA蛋白依赖于蓝光直接结合。有趣的是，CRY1与GA受体GID1也依赖蓝光直接结合，GID1基因GID1b和GID1c突变可以部分恢复cry1突变体的下胚轴表型，以及突变体中GA响应及下胚轴伸长相关基因PRE1、EXP8等的转录表达（图1）。有意思的是，蓝光激活的CRY1可抑制GA诱导的GID1-DELLA互作。因此该研究提出CRY1可通过与GID1结合，抑制GA-GID1-DELLA复合体形成，解除GA对DELLA的降解，进而促进光形态建成。
图1 CRY1 与GID1s 以蓝光依赖的方式互作
有研究表明DELLA与光形态建成抑制因子PIF3和PIF4互作，抑制它们与靶基因的结合【1,2】，同时，DELLA也可促进PIFs蛋白通过26S蛋白酶体途径降解，减少PIFs对靶基因的结合【3】。基于前人和本研究的发现，我们提出CRY1介导蓝光抑制GA信号从而促进光形态建成的工作模型（图2）：在暗中，GA诱导GID1-DELLA结合，促进DELLA蛋白被泛素化降解，解除DELLA对PIFs等转录因子的抑制，从而促进细胞伸长相关基因的表达。在蓝光下，光激活的CRY1与GID1结合，抑制GID1与DELLA互作，稳定DELLA蛋白，从而抑制或者减少PIFs对靶基因的结合，进而抑制细胞伸长相关基因的表达，促进光形态建成。
图2 CRY1介导蓝光抑制GA信号进而促进光形态建成的工作模型
综上所述，该研究揭示了蓝光受体CRY1接收蓝光信号后如何参与GA信号调控，并精准调节光形态建成的机制。
赵小英和刘选明课题组之前还揭示了CRYs介导蓝光调控GA合成和代谢关键基因的表达，抑制GA合成，进而促进光形态建的机制【4】。
在读博士研究生钟鸣，已毕业硕士研究生曾冰洁和助理教授唐冬英为该论文的共同第一作者。赵小英教授和刘选明教授为该论文的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金，湖南省自然科学基金，长沙市科技计划等经费的资助。
参考文献：
1.de Lucas, M., Davière, J., Rodríguez-Falcón, M., Pontin, M., Iglesias-Pedraz, J.M., Lorrain, S., Fankhauser, C., Blázquez, M.A., Titarenko, E., and Prat, S.(2008). A molecular framework for light and gibberellin control of cell elongation. Nature 451: 480-484.
2.Feng, S., Martinez, C., Gusmaroli, G., Wang, Y., Zhou, J., Wang, F., Chen, L., Yu, L., Iglesias-Pedraz, J.M., Kircher, S., et al.(2008). Coordinated regulation of Arabidopsis thaliana development by light and gibberellins. Nature 451: 475-479.
3.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.
4.Zhao, X., Yu, X., Foo, E., Symons, G.M., Lopez, J., Bendehakkalu, K.T., Xiang, J., Weller, J.L., Liu, X., Reid, J.B., et al.(2007). A study of gibberellin homeostasis andcryptochrome mediated blue light inhibition of hypocotyl elongation. Plant Physiol. 145: 106-118.
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