改进转录因子HY5转录调控模型，Chory实验室揭示HY5转录调控新机制学术资讯

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原标题：Plant Cell ：改进转录因子HY5转录调控模型，Chory实验室揭示HY5转录调控新机制

植物通过光受体感知环境光照的变化并做出一系列响应。当光照为主要限制因素时，幼苗会启动黄化生长（etiolated growth），具体表现为下胚轴伸长以获得光照，而子叶紧闭以保护分生组织；一旦光照充足，植物就会启动去黄化生长（de-etiolated growth），其特征为下胚轴生长缓慢以及子叶膨大。

去黄化和光形态建成由光受体将光信号传递给一组关键转录因子触发，这些转录因子改变了成千上万个基因的表达【1】。bZIP转录因子HY5是去黄化和光形态建成的主要调节因子。HY5 可以控制一个由数千个基因组成的网络以调节植物的环境适应性，并且HY5可以对来自光受体的信号做出反应以抑制下胚轴伸长【2】。

研究表明，HY5在蛋白水平上受COP1（CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC 1）和SPA（SUPPRESSOR OF PHYA-105）复合体直接调控【3】。尽管HY5调控十分重要，但是其转录调控的作用机制尚未完全清晰。

HY5可以与数千个基因结合，并且可以作为转录激活因子、抑制因子或者两者同时存在。此外，HY5还可以通过反馈调节促进自身转录，但是体外研究结果表明HY5没有自己的激活或抑制域【4】。目前关于HY5作用模式有以下三种：1）HY5可通过自身和互作蛋白的DNA结合能力，影响植株生长；2）HY5可能具有激活功能或抑制功能；3）HY5可能与其他转录因子竞争DNA结合位点【5】，但是目前尚不清楚HY5的确切的作用机制和分子功能。

近日，美国Salk Institute for Biological Studies的Joanne Chory实验室在The Plant Cell 发表了一篇题为Chimeric Activators and Repressors Define HY5 Activity and Reveal a Light-Regulated Feedback Mechanism的研究论文。该研究通过构建HY5激活或抑制嵌合体，并对这些遗传材料进行了详细的研究，揭示了HY5的转录调控新机制，优化了HY5的转录调控模型。

该研究改进了目前主流的RNA-seq/ChIP-seq结合寻找靶基因的方法，首先通过添加转录沉默基序（拟南芥SUPERMAN基因SRDX的EAR抑制基序）或来自VP16的激活域构建了HY5的嵌合体，并利用这些遗传材料排除了大量之前认为的HY5靶基因。

通过对HY5-SRDX和HY5-VP16分析发现，HY5在黄化过程中主要起激活作用。进一步结合RNA-seq和ChIP-seq，鉴定了一组高置信度的HY5靶基因，以及依赖于HY5转录网络的HY5间接调控的基因。该研究还发现，HY5和COP1/SPA之间存在负反馈回路。HY5直接促进SPA1、SPA3、SPA4和COP1的表达，而COP1/SPA介导的降解可能限制HY5-VP16的活性。这表明，在黑暗中累积的HY5导致COP1/SPA复合物增加，从而导致其自身降解，在HY5和COP1/SPA之间形成负反馈回路，平衡HY5的水平。

A HY5-COP1/SPA feedback loop is a light-regulated clutch

此外，该研究还通过改变HY5活性实现了对番茄生长的动态控制，显著的改变了番茄的植株的大小，但没有对其它表型造成明显的影响。

HY5活性改变对影响番茄的生长（OX，35S:DOF-AtHY5ox；VP16，35S:DOF-AtHY5-VP16）

总之，该研究揭示了HY5通过与COP1/SPA复合物的相互作用反馈调节自身转录激活活性和稳定性从而调节生长的机制。该研究所采用的构建抑制或激活HY5嵌合体的策略了可以推广到其他转录因子功能的研究。

研究细节请查看论文原文：

http://www.plantcell.org/content/early/2020/02/21/tpc.19.00772

参考文献【1】Leivar, P., Tepperman, J.M., Monte, E., Calderon, R.H., Liu, T.L., and Quail, P.H. (2009). Definition of Early Transcriptional Circuitry Involved in Light-Induced Reversal of PIF-Imposed Repression of Photomorphogenesis in Young Arabidopsis Seedlings. The Plant Cell 21, 3535-3553【2】Chory, J. (1992). A genetic model for light-regulated seedling Arabidopsis. Development 115, 337-354.【3】Lau, O.S., and Deng, X.W. (2012). The photomorphogenic repressors COP1 and DET1: 20 years later. Trends Plant Sci 17, 584-593.【4】Abbas, N., Maurya, J.P., Senapati, D., Gangappa, S.N., and Chattopadhyay, S. (2014). Arabidopsis CAM7 and HY5 physically interact and directly bind to the HY5 promoter to regulate its expression and thereby promote photomorphogenesis. Plant Cell 26, 1036-1052.【5】Nawkar, G.M., Kang, C.H., Maibam, P., Park, J.H., Jung, Y.J., Chae, H.B., Chi, Y.H., Jung, I.J.,Kim, W.Y., Yun, D.-J., and Lee, S.Y. (2017). HY5, a positive regulator of light signaling, negatively controls the unfolded protein response in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 2084-2089.

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