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邓兴旺实验室朱丹萌课题组发现光形态建成关键促进因子HY5功能新层面

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光是植物赖以生存的能来源与关键生长发育信号模式植物拟南芥幼苗在光下呈现短胚轴、子叶延展典型特征二十年的研究工作构建了以HY5 (ELONGATED HYPOCOTYL 5) 为中央枢纽的信号转导网络,奠定HY5作为转录因子“明星”地位。近期邓兴旺实验室朱丹萌课题组研究发现HY5在光下还可通过蛋白-蛋白直接互作增强BIN2 (BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE 2) 的激酶活性抑制幼苗下胚轴伸长。

 

油菜素内酯(Brassinosteroid, BR)一种能够促进细胞伸长的植物激素BR信号通路中的关键负调控因子GSK3β蛋白激酶BIN2通过磷酸化转录因子BZR1 (BRASSINAZOLE-RESISTANT 1) 导致BZR1降解来抑制下胚轴伸长。已有研究显示HY5过表达株系内BZR1蛋白表达显著下降,但调控机制未知朱丹萌课题组发现HY5在植物体内可通过BIN2直接互作增强BIN2酶活性,促进BZR1磷酸化及降解。着环境光强增加植物可通过增加HY5含量来调节BIN2激酶活性从而精确抑制下胚轴伸长已有研究表明BIN2200位的酪氨酸(Y200) 在动植物中保守且其磷酸化比例越高酶活越强此次研究发现HY5可促进BIN2Y200自磷酸化,同时确定HY5的亮氨酸拉链结构域是BIN2互作并调节其激酶活性的关键所在研究团队与中国人民大学龚新奇副教授合作开展了HY5BIN2互作动力学模拟,发现HY5结合BIN2使BIN2改变N端与C端相对运动方向Y200更容易接近自身的激酶催化中心从而增强其自磷酸化几率

 

综上,这项研究发现了HY5调控下胚轴伸长的新方式(1A),揭示了其介导的BR信号抑制机理(1B)GSK3β激酶活性调控研究提供了新视角这项工作是继研究团队发现光形态建成抑制因COP1抑制BIN2活性来促进暗形态建成的非经典功能 (Ling et al., 2017, PNAS)之后的又一新发现,并再次揭示光信号途径重要因子“技多不愁”的有趣现象。

 

这项题为“Modulation of BIN2 kinase activity by HY5 controls hypocotyl elongation in the light”的研究成果于2020327线发表于《自然?通讯》(Nature Communicationshttps://www.nature.com/articles/s41467-020-15394-7)。威尼斯网址平台首页现代农学院出站博士后李健为文章的第一作者威尼斯网址平台首页现代农学院与生命科学学院的邓兴旺教授、朱丹萌副研究员以及中国人民大学数学科学研究院的龚新奇副教授为本文的共同通讯作者。研究得到了科技部国家重点研发计划蛋白质重点专项、国家自然科学基金委、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心的资助。

 

1 HY5通过蛋白-蛋白相互作用增强BIN2的激酶活性抑制幼苗下胚轴伸长

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