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黎家教授团队在植物适应高温胁迫研究领域取得重要进展

发布日期:2019-05-10

近年来全球变暖作为热点话题之一,受到广泛关注。温度作为重要的环境因子参与调控植物生长发育的多个方面,对农业生产有着极为重要的影响。高温胁迫会导致农作物茎秆伸长、花期提前、产量严重降低。因此,对温度的感知和信号转导机理的研究将有助于我们为后续的分子育种提供理论依据。已有的报道表明,植物感知环境温度的升高,通过上调PIF4的转录并提高PIF4的转录活性来调控温度响应基因的表达,进而做出适应性反应。但目前温度是如何正向调控PIF4的表达及PIF4的转录活性仍不清楚。

5月8日,兰州大学生命科学学院黎家教授课题组在国际顶尖期刊Cell旗下新推出的子刊iScience上发表了题为“TCP transcription factors associate with PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 and CRYPTOCHROME 1 to regulate thermomorphogenesis in Arabidopsis thaliana”的研究论文,揭示了拟南芥TCP类转录因子在高温下可促进PIF4的表达并通过与PIF4结合来提高PIF4的转录活性。北京大学生命科学学院秦跟基教授课题组同期以“back to back”的形式也发表了相关的独立研究成果。

黎家教授团队发现TCP5,TCP13,和TCP17三重缺失突变体3tcp对高温(28℃)诱导的下胚轴伸长表现出不敏感的表型,而这三个基因的过表达转基因材料在22℃条件下均表现出下胚轴伸长的表型,这说明它们在植物对高温的响应过程中起着正向调节作用。进一步研究表明TCP类转录因子调控植物对高温的响应依赖于PIF4的功能。在环境温度升高时,TCP类转录因子除了促进PIF4表达外还通过直接与PIF4相互作用提高PIF4的转录活性。同时,作者还发现在较低的环境温度下蓝光受体CRY1与TCP17相互作用进而抑制TCP17-PIF4异源二聚体或多聚体的形成,而升高温度可以解除CRY1对TCP17的抑制作用,从而促进TCP17和PIF4的相互作用和热响应基因的表达。

兰州大学生命科学学院2014级博士研究生周瑜为该论文的第一作者。博士研究生寻情情、张东芝,博士后吕铭辉以及青年教师欧洋博士为本文的共同作者。黎家教授为本文的通讯作者。兰州大学生命科学学院为该论文的第一完成单位,该研究工作得到了教育部和国家自然科学基金委的资助。

黎家教授团队长期关注类受体激酶(Receptor-like Protein Kinases)介导的跨膜植物细胞信号转导途径,围绕油菜素内酯的信号传递、合成、及代谢途径的分子调控机制、拟南芥类受体蛋白激酶的生物学功能以及类受体蛋白激酶介导的细胞死亡三个方面的开展了系统的研究工作。TCP类蛋白是一类含有24个成员的转录因子家族,黎家教授团队早期通过遗传学手段鉴定到TCP1参与调控植物体油菜素内酯的合成(Guo et al., 2010, PlantCell)。随后,黎家教授团队对TCP家族成员进行了系统的生物学研究,发现TCP类家族的另外三个成员(TCP5,TCP13,TCP17)通过调控生长素合成基因的表达进而调控植物的避荫反应(Zhou et al., 2018, Plant Physiology)。这次发现TCP类转录因子参与热形态建成是黎家教授团队系统性研究的又一重要延伸性进展。


来源:生命科学学院