浙江大学刘建祥课题组综述生物钟在植物热形态建成中的重要作用学术资讯

儿童生长激素分泌最旺盛的时间是从晚上11点至半夜2点，此段时间也是小孩长高的最佳时间。那么植物在一天当中是否也有生长最快的时间呢？

8月14日，浙江大学生命科学学院、植物所刘建祥课题组在Cell旗下Trends in Plant Science发表了题为Timing to grow: roles of clock in thermomorphogenesis的观点综述文章，介绍了生物钟在温和高温下调控植物生长发育的分子机制。

全球变暖对于植物生态系统以及作物产量具有重大影响，而植物通过生理以及发育的变化响应外界环境温度的升高。在温和高温条件下，植物的下胚轴以及叶柄伸长，叶子偏下性生长，提早开花等过程统称热形态建成（thermomorphogenesis）。

该文章首先概况了植物响应环境温度升高的信号转导通路。温度感受器ELF3，PHYB，PIF7以及未知热感受器将温度升高的信号传递给核心转录因子PIF4，PIF4通过结合并且促进热响应基因表达，参与到生长素等植物激素介导的热形态建成的调控。此外，PIF4的转录水平、蛋白水平以及转录活性受到多个蛋白的正向或者负向调控。

该文章接着概括生物钟参与植物热形态建成的分子机制。晨间基因CCA1/LHY、午间基因TOC1以及其它PRRs、晚间基因EC复合物形成彼此牵制，循环的生物钟反馈通路。上午表达的RVE4/6/8和LNK1/2能促进TOC1等PRRs以及EC复合物的表达，反过来PRRs又抑制RVE8的表达。PRRs还能抑制PIF4活性，EC复合物也在转录和蛋白层面抑制PIF4活性。在这些因素的共同作用下，正常温度条件下植物在深夜快速生长。图2 植物热形态建成中的生物钟调控

该文章进一步介绍了EC复合物以及EC复合物组分参与植物热形态建成的分子机制。EC复合物成员包括ELF3、ELF4和LUX。EC复合物作为整体在晚上抑制PIF4基因转录， ELF3单独在白天能够直接与PIF4互作抑制PIF4的转录活性。温和高温下B-Box蛋白BBX18/23招募E3泛素连接酶XBAT31/XBAT35泛素化降解ELF3，减轻了ELF3以及EC复合物对PIF4活性的抑制，促进植物生长。此外，PRRs对PIF4活性的抑制作用在温和高温下减弱，而外界环境中的高光以及温和高温促进CCA1/LHY与SHB1结合，进而促进PIF4基因表达。在这些因素的共同作用下，长日照条件和温和高温条件下植物在白天加快生长。

文章最后对于植物热形态建成研究领域提出一些问题：植物如何协调生物钟与外界环境温度变化？ELF3如何响应外界温度变化进而发生液-液相分离？液-液相分离与ELF3的泛素化降解是否有关联？植物如何将环境温度信号传递给BBX18?外界温度变化是否会通过影响生物钟的其它成员而调控热形态建成？

这些问题的成功解答将进一步阐明植物适应环境温度升高的分子机理，加深我们对生物钟调控植物生长发育的认识，对于全球气候变暖的大背景下提高农作物产量和品质具有重要意义。

浙江大学生命科学学院刘建祥教授为通讯作者，刘建祥教授课题组的博士生张霖霖为该论文第一作者，博士生罗安妮以及英国约克大学Davis教授为共同作者。该工作得到了国家杰出青年科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.07.020

来源：BioArt植物

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247509723&idx=1&sn=19d7d5ef01ead824d2b16498d53c4c29

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