植物所提醒生物钟调控植物光周期依赖性成长新机制

生物钟关于植物感知光周期改动并以此决议不同光周期条件下的昼夜节律性成长动态具有及其重要的效果。双子叶植物麦苗的下胚轴在光周期条件下显现出微弱的成长节律，并且下胚轴的长度与日长呈负相关，这一现象长期以来被认为是由生物钟与光信号和谐而决议的，但生物钟怎么感知光周期并决议光周期依赖性成长的分子机制现在仍不清楚。

光敏色素互作蛋白(Phytochrome Interacting Factors, PIFs)转录因子在调控植物下胚轴成长进程中发挥着要害效果，而PRRs基因宗族的成员(包含TOC1、PRR3、PRR5、PRR7和PRR9)是植物生物钟中心振荡器的中心组分，它们的功用缺失会出现光周期依赖性的长下胚轴表型，阐明它们在光周期感知进程中相同发挥着及其重要的效果。此前的研讨发现生物钟另一要害组分——晚转录按捺复合体(Evening Complex, EC)在晚间会按捺PIF4/5的转录，使植物下胚轴的成长速度在黎明时到达峰值。我国科学院植物研讨所科研人员经过取得PRRs与EC的遗传杂交资料，发现它们在调理光周期调控的下胚轴成长进程中具有叠加效应。进一步研讨发现光周期可以改动PRRs蛋白的表达时相和持续时刻，在长日照条件下，PRRs蛋白表达的时刻窗口得以延伸和搬运。经过生物信息学剖析，结合生物化学和分子生物学依据，发现PIF4和PIF5是PRRs蛋白和EC的一起直接靶基因，PRRs蛋白可以结合PIF4/5的启动子并按捺其转录。从前研讨也标明PRRs蛋白可以直接与PIFs蛋白互作并搅扰它们对下流基因的转录调控，为进一步探求PRRs蛋白对PIF4/5的转录按捺鄙人胚轴成长调控中的必要性，该研讨将TOC1的DNA结合结构域进行点骤变或删去，发现它们虽不影响与PIF4/5蛋白的相互效果，但过表达资料在短日照条件仍出现长下胚轴表型，充沛标明晰PRRs的转录调控功用关于调理特定光周期条件下的成长至关重要。最终，遗传学剖析发现PIF4和PIF5在光周期调控下胚轴成长进程中对PRRs具有遗传上位性。综上，该研讨发现光周期经过影响PRRs蛋白的表达时相，与EC复合体协同调控PIFs转录的时刻窗口，从而决议下胚轴的光周期依赖性成长动态，以习惯生存环境的光周期，使植物到达最佳习惯性。

该研讨成果于3月12日在线宣布于世界学术期刊Plant Physiology。植物所在读博士研讨生李娜和副研讨员张媛媛为本论文的一起榜首作者，研讨员王雷为通讯作者。该研讨得到国家自然科学基金面上项目、中科院战略性先导科技专项B类项目、中科院前沿科学要点研讨项目以及中科院青促会项目等的赞助。

图：PRRs-PIF4/5调控光周期依赖性下胚轴成长。A, 韦恩图显现TOC1、PRR5和PRR7一起结合的靶基因；热图显现在toc1 prr5和lux-6骤变体中上调的差异表达基因（DEGs）中有4个是TOC1、PRR5和PRR7一起结合的靶基因；B, 烟草的瞬时转录表达试验标明TOC1和PRR5蛋白可以按捺PIF4pro：LUC和PIF5pro：LUC的表达；C, 短日照条件下野生型（C24）和TOC1的DNA结合结构域点骤变（A562V）的骤变体（toc1-1）的下胚轴表型；D, 短日照条件和长日照条件下toc1-21 pif4-2、toc1-21 prr5-1 pif4和toc1-21 prr5-1 pif4-2 pif5-3的下胚轴表型的统计剖析；E, PRR蛋白经过直接调控PIF4和PIF5转录以介导生物钟调控下胚轴的光周期依赖性成长的作业模型。

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