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绿色植物UV-B信号调控网络的起源和演化历史

已有 2303 次阅读 2022-1-2 21:13 |系统分类:论文交流

紫外光UV-B是重要的信号分子，在绿色植物生长、代谢和发育过程中发挥着关键的调控作用，如调控光形态建成（抑制植物伸长、促进子叶张开，促进类黄酮和花青素积累以防晒抗逆等）。在植物征服陆地的过程中，其逐渐进化出了复杂的感知和传导UV-B信号的通路。UVR8（UV RESISTANCE LOCUS 8）是目前已知绿色植物中唯一能够感知UV-B辐射和传递UV-B信号的光受体，它可以通过与下游转录因子发生相互作用完成一系列UV-B响应过程。尽管如此，人们对植物中UVR8介导的UV-B信号通路的起源和演化历史仍有争议。


近日，南京师范大学钟伯坚教授团队在Plant Physiology杂志在线发表了题为Origin and adaptive evolution of UV RESISTANCE LOCUS 8-mediated signaling during plant terrestrialization的研究论文，系统阐释了绿色植物UV-B信号调控网络的起源和演化历史。该研究明确了植物中不同UV-B信号通路的起源类群，揭示了绿色植物逐步进化出不同的UV-B信号通路以适应陆地多变的UV-B环境。


研究者首先利用比较基因组学和系统发育学等方法，在79种代表性植物基因组中对UV-B信号通路中的核心元件进行分析，发现UV-B受体UVR8呈现出非常保守的演化历史，而下游的负调控因子及转录因子呈现与绿色植物不同的演化历程。植物中经典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP信号通路起源于绿藻，该信号通路的起源赋予了绿色植物响应UV-B辐射的能力。系统发育分析表明，BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等元件起源于轮藻，MYB13起源于被子植物祖先类群。该研究也在绿藻、轮藻和苔藓等类群中发现了与植物适应陆地强UV-B环境有关的证据，包括UVR8和RUPs中的正选择信号和下游转录因子拷贝数量的增加。此外，利用蛋白互作实验发现UVR8与BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77在早期陆地植物地钱中存在相互作用，进一步支持UVR8-BES1/BIM1、UVR8-WRKY36-HY5和UVR8-MYB73/MYB77等UVR8介导的UV-B信号通路起源于早期陆地植物。BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等转录因子是激素信号通路的关键调控元件，研究表明这些UVR8介导的信号通路的建立为UV-B信号与植物内源激素间的联系提供了基础。

综上所述，在植物陆地化过程中，经典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP信号通路经历了适应性改变，促进了绿色植物在陆地强UV-B环境中进行UV-B信号传导和生理响应。同时，绿色植物也进化出了多样化的UV-B信号传导和与植物内源激素间的互作机制，扩展了其UV-B信号传导通路，为适应陆地多变的UV-B辐射环境提供基础。该研究系统揭示了植物UV-B信号传导核心组分的起源与演化历史，为深入理解植物适应UV-B胁迫的分子机制提供了理论参考。


南京师范大学生命科学学院张振华博士为第一作者，钟伯坚教授为通讯作者，中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所博士研究生史辰和刘宏涛研究员参与了该项研究工作。该研究得到国家自然科学基金和江苏省生物学优势学科等项目的资助。

论文链接：
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab486/6400268




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