植物作為固著生物，依賴其內(nèi)源生物鐘這一精準(zhǔn)計(jì)時(shí)機(jī)制，感知和預(yù)測因地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的環(huán)境信號(hào)晝夜周期性變化，從而協(xié)調(diào)自身生長與發(fā)育進(jìn)程。遠(yuǎn)紅光受體光敏色素phyA在黎明時(shí)分被迅速激活，誘導(dǎo)大量基因表達(dá)并驅(qū)動(dòng)顯著的生理轉(zhuǎn)變，因此被稱為“黎明感受器”。有研究發(fā)現(xiàn)，phyA在時(shí)間維度的表達(dá)受到生物鐘系統(tǒng)的嚴(yán)格調(diào)控，但生物鐘介導(dǎo)phyA信號(hào)響應(yīng)的分子機(jī)制仍不清楚。

生物鐘早晨復(fù)合體MC反饋調(diào)控植物遠(yuǎn)紅光信號(hào)的分子模型

國家植物園（南園）王雷研究團(tuán)隊(duì)提出了植物生物鐘“早晨復(fù)合體（Morning Complex）”的概念，并系統(tǒng)揭示了其組成、功能與調(diào)控機(jī)制。前期研究發(fā)現(xiàn)，生物鐘調(diào)節(jié)子TIC（TIME FOR COFFEE）可以在轉(zhuǎn)錄和翻譯等多個(gè)水平調(diào)控phyA的表達(dá)和穩(wěn)定性，但是介導(dǎo)TIC發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子尚待鑒定。該研究發(fā)現(xiàn)TIC可與生物鐘核心振蕩器組分CCA1、LHY互作，并與轉(zhuǎn)錄共抑制因子TPL一起組裝形成“早晨復(fù)合體”，在黎明時(shí)分參與調(diào)控生物節(jié)律、光信號(hào)響應(yīng)和脅迫應(yīng)答等生物學(xué)過程。進(jìn)一步的研究表明，在“早晨復(fù)合體”中，CCA1和LHY可以直接結(jié)合在PHYA及其信號(hào)通路關(guān)鍵組分如FHY1和FHL的啟動(dòng)子上，與TIC和TPL形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體，特異在早晨時(shí)段抑制它們的轉(zhuǎn)錄。遺傳學(xué)證據(jù)進(jìn)一步表明了CCA1、LHY和TIC在同一信號(hào)通路中調(diào)控遠(yuǎn)紅光信號(hào)抑制的下胚軸生長。因此，該早晨復(fù)合體可在黎明階段作為phyA信號(hào)的“分子剎車”，精準(zhǔn)調(diào)控植物在遠(yuǎn)紅光條件下的發(fā)育形態(tài)。

“早晨復(fù)合體”的提出不僅闡明了TIC在黎明時(shí)分的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，也為CCA1和LHY發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控功能提供了可能的解釋，進(jìn)一步完善了植物生物鐘的分子網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，研究還探討了“早晨復(fù)合體”在不同植物中的保守性，為解析飼草作物等的環(huán)境適應(yīng)性提供了新的理論依據(jù)。

相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications。國家植物園（南園）特別研究助理蘇晨為第一作者，王雷研究員及約克大學(xué)Seth J. Davis教授為論文共同通訊作者。本研究得到國家基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，以及中國博士后科學(xué)基金等的資助。

植物生物鐘與發(fā)育調(diào)控研究組

組長：王雷研究員

郵箱：wanglei@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1.植物生物鐘分子系統(tǒng)的組成解析及關(guān)鍵因子的多維度調(diào)控；

2.水稻生物鐘分子系統(tǒng)的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制；

3.生物鐘協(xié)同調(diào)控水稻發(fā)育和鹽堿耐受的遺傳網(wǎng)絡(luò)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻