福建农林大学王琴课题组解析植物蓝光受体隐花色素2降解的分子机制学术资讯

光对植物的生长发育起着决定性的作用。光受体蛋白能够感受环境中光质、光强、光周期、光照方向的变化，通过与下游信号蛋白的互作调控基因表达，使生物体发生与周围环境相适应的生理变化。隐花色素（Cryptochrome, CRY）是目前已知分布最广泛的光受体。包括人在内的哺乳动物CRY为生物钟的主要调节因子，而包括拟南芥在内的植物CRY为控制植物生长发育的主要蓝光受体。

2021年4月12日，福建农林大学王琴课题组在Nature Communications杂志发表了题为Regulation of Arabidopsis photoreceptor CRY2 by two distinct E3 ubiquitin ligase的研究论文，解析了拟南芥隐花色素2（CRY2）蓝光依赖降解的分子机制。该研究发现CRY2在持续光与瞬时光条件下分别受到Cul4COP1/SPAs与Cul3LRBs两个不同E3泛素连接酶的调控，从而调节植物对不同光照条件的反应。该文认为两类不同的E3泛素连接酶分别在不同光条件下催化CRY2蛋白的泛素化与降解，以共同维持植物体内CRY2蛋白在不同光条件下的动态平衡。

该研究首先通过质谱分析鉴定到两个CRY2的蓝光依赖型互作蛋白，E3泛素连接酶底物受体LRB1和LRB2（Light-Response Bric-a-Brack/Tramtrack/Broad）。LRBs参与隐花色素CRY2对细胞伸长的抑制反应，lrb123三突变体对蓝光超敏感，且LRB在蓝光下的功能行使依赖于CRY。与野生型植物相比，CRY2在lrb123突变体内的降解显著延迟，CRY2在lrb123cop1四突变体内几乎不降解，说明LRB促进CRY2在蓝光下的降解，且LRB与COP1共同参与CRY2的降解过程。进一步研究发现，COP1主要负责CRY2在持续蓝光下的降解，而LRB主要负责CRY2见光后的快速降解。研究人员分别通过体内与体外实验证明LRB与磷酸化CRY2发生蓝光特异的互作。

泛素化分析实验发现，CRY2在lrb123和cop1突变体内的泛素化程度都显著降低，而在LRB和COP1过表达植物体内的泛素化程度增强，说明LRB和COP1都是CRY2的E3泛素连接酶，负责体内CRY2的泛素化。作者进一步证明LRB和COP1与CRY2的不同结构域发生互作，该结果初步解释了CRY2如何受到两个不同泛素连接酶调控的分子机制。

有趣的是科学家们早年曾经发现Cul3LRBs是红光受体光敏色素phyB及其信号传递蛋白PIF3的E3泛素连接酶与重要调节因子。因此王琴课题组的新研究成果也为如何进一步解释植物红光受体与蓝光受体在自然界白光条件下的互作提供了一个新思路。