Plant Cell：中国农科院生物所揭示光信号调控植物生物钟的分子机理学术资讯

来源：BioArt植物

近日，The Plant Cell 在线发表了中国农业科学院生物技术研究所和华南农业大学研究团队完成的题为Transcription Factors FHY3 and FAR1 Regulate Light-induced CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1 Gene Expression in Arabidopsis的研究论文，报道了光信号与生物钟信号互作调控关键节律基因CCA1的分子机理。

植物在长期自然选择进化过程中产生出近 24 小时为周期的生物钟（Circadian clock）。自然环境中，植物处于外界环境因子（特别是光照和温度）的持续作用下，通过感知外界环境信号的变化，不停地重新设定自身节律，使之与外界环境信号的变化同步, 这个过程被称为生物钟的重置。以拟南芥为例，生物钟中央振荡器由一系列反馈循环网络组成，其中早晨基因CCA1和LHY是两个非常关键的组分。CCA1/LHY可以调控下游基因表达，从而激发和重设各种受生物钟调控的生命活动。光作为最重要的生物钟重置信号，主要通过各种光受体输入到生物钟内部。

近几十年来，光信号传导和生物钟分子调控机理的研究一直是植物学科的两个热门研究领域，但关于光信号是如何传导到中央振荡器来调控生物钟核心基因节律性表达分子机理的研究尚不清楚。
以前的研究表明，CCA1表达受光的激活，继而引起生物钟的重置，但其分子机制未知。

研究人员发现，光信号转导因子FHY3和FAR1在光激活CCA1的过程中发挥着重要作用，CCA1基因在突变体fhy3 far1中丧失了受光激活的能力。光可以激活FHY3/FAR1，使FHY3/FAR1直接结合CCA1基因的启动子并激活其转录。研究人员进一步发现，光敏色素结合蛋白PIF5和生物钟关键因子TOC1也可以结合CCA1启动子，参与对CCA1表达的抑制。

PIF5和TOC1都可以与FHY3蛋白相互作用，继而抑制FHY3对CCA1转录的激活功能。最终，FHY3、TOC1和PIF5共同组成一个反馈循环调控通路，一方面调控CCA1的光激活，另一方面维持CCA1基因在凌晨表达峰值。

该研究从FHY3调控CCA1基因的表达作为出发点，构建了光和生物钟协同调控CCA1基因的分子网络，对于阐明整个生物钟的分子调控机理具有十分重要的意义。

该研究以中国农业科学院生物技术研究所为第一完成单位，刘扬副研究员和马梦迪助理研究员为共同第一作者，通讯作者为华南农业大学生命科学学院王海洋教授。该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新工程的资助。
论文链接：http://www.plantcell.org/content/early/2020/03/09/tpc.19.00981

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