杨洪全课题组揭示拟南芥光敏色素互作因子PIFs通过调控H2A.Z占位来调控光形态建成的分子机制

光是调控植物生长发育的重要环境信号。植物种子在土壤中发芽后，通过暗形态建成促进幼苗快速伸长，出土见光；然后通过光受体介导的光信号转导促进光形态建成，来抑制下胚轴伸长、促进子叶和叶片的扩展以及叶绿素的合成，使幼苗得以进行光合作用，从而实现自养生长。bHLH类转录因子PIFs(包括PIF1、PIF3、PIF4和PIF5)是红光/远红光受体光敏色素(phytochromes)的关键下游因子，通过促进下胚轴的伸长来抑制光形态建成过程。红光下激活的光敏色素B (phyB)通过与PIFs互作，诱导其磷酸化和蛋白降解，从而促进光形态建成。H2A.Z作为一种组蛋白变体，在植物温度感知、发育和开花时间调控等过程中发挥重要作用；SWR1复合体则负责催化H2A.Z在染色质中的占位。目前为止，已知PIF4和SWR1复合体在调控温度依赖的植物生长过程中具有十分紧密的关系，但是二者发挥作用的生化分子机制尚不明确。

4月28日，Journal of Genetics and Genomics在线发表滚球体育生命科学学院杨洪全教授和茅志磊副研究员团队题为“PIFs interact with SWC6 to regulate H2A.Z deposition and photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现拟南芥光敏色素互作因子PIFs通过与SWR1复合体亚基SWC6直接互作，抑制SWC6与光形态建成关键正调控因子HY5的结合，减少H2A.Z在生长素响应基因上的占位，从而抑制光形态建成。

该研究首先发现在酵母细胞和体外系统中PIF1、PIF3、PIF4和PIF5分别与SWC6存在互作；在烟草细胞共表达PIF1、PIF3、PIF4和PIF5分别与SWC6的两两组合，在细胞核中可定位到相同的核斑点；免疫共沉淀实验显示PIF3和PIF4与SWC6在拟南芥体内存在互作。通过把swc6和arp6分别与pifq四突变体杂交，得到swc6 pifq和arp6 pifq五突变体，比较红光下下胚轴长度，发现SWC6和ARP6在红光下主要通过依赖于PIFs来控制下胚轴的伸长。基因表达结果显示PIFs与SWC6和ARP6拮抗地调控生长素响应基因IAA6、IAA19、IAA20以及IAA29的表达；ChIP-qPCR结果显示pifq突变体中在IAA6和IAA19基因上的H2A.Z占位水平比WT明显上升。通过蛋白体外和体内实验，发现PIFs可能通过与HY5竞争结合SWC6来抑制SWR1复合体在这些基因上的催化活性，从而调控H2A.Z的占位和光形态建成。

PIFs参与H2A.Z在生长素响应基因IAA6, IAA19占位的调控机制

A：在黑暗生长的野生型幼苗中，PIFs大量积累，而HY5通过泛素化26S蛋白酶体途径发生降解。因此，PIFs与SWC6互作，充分抑制SWR1复合体的活性和H2A.Z的占位，进而充分激活IAA6和IAA19的表达，促进下胚轴伸长。

B：在红光下生长的野生型幼苗中，HY5蛋白大量积累，而PIFs因先后发生磷酸化泛素化和蛋白降解导致其蛋白水平较低。因此，HY5与SWC6和ARP6的互作只能在一定程度上被低水平的PIFs所抑制，使SWR1复合体以合适的活性来促进H2A.Z在IAA6和IAA19基因上占位，从而维持这些基因表达处于合适的水平以及适度的下胚轴伸长。

C：在红光下生长的pifq突变体幼苗中，由于没有PIFs蛋白，HY5与SWC6和ARP6的互作不受PIFs的抑制，使SWR1复合体能充分促进H2A.Z在IAA6和 IAA19基因上的占位，从而抑制这些基因的表达和下胚轴的伸长。

综上，该研究发现PIFs通过与SWC6的互作，抑制H2A.Z在生长素响应基因上的占位来促进这些基因的表达，进而调控光形态建成的分子机制。滚球体育app最新版博士生陈慧茹为该论文第一作者，茅志磊副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1673852723000954?via%3Dihub

（供稿、图片：生命科学学院）