南師大學生科院鐘伯堅教授團隊在植物UV-B訊號調控網絡的起源和演化研究中取得重要進展

近日,南京師範大學生命科學學院鐘伯堅教授課題組揭示了綠色植物UV-B訊號調控網絡的起源和演化歷史。但是,植物中UVR8介導的UV-B訊號通路的起源和演化歷程仍有爭議。南京師範大學生命科學學院張振華博士為第一作者,鐘伯堅教授為論文的通訊作者,中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所博士研究生史辰和劉宏濤研究員參與了該項研究工作。

近日,南京師範大學生命科學學院鐘伯堅教授課題組揭示了綠色植物UV-B訊號調控網絡的起源和演化歷史。該研究成果以《Origin and adaptive evolution of UV RESISTANCE LOCUS 8-mediated signaling during plant terrestrialization》為題發表於植物學領域權威期刊PlantPhysiology(5年影響因數8.97)。

紫外光UV-B是重要的訊號分子,在植物生長、代謝和發育過程中發揮著關鍵的調控作用,如調控光形態建成(抑制植物伸長、促進子葉張開,促進類黃酮和花青素積累以防曬抗逆等)。在植物征服陸地的過程中,其逐漸進化出了複雜的感知和傳導UV-B訊號的通路。UVR8(UV RESISTANCE LOCUS 8)是現時已知綠色植物中唯一能够感知UV-B輻射和傳遞UV-B訊號的光受體,它可以通過與下游轉錄因數發生相互作用完成一系列UV-B響應過程。但是,植物中UVR8介導的UV-B訊號通路的起源和演化歷程仍有爭議。

鐘伯堅教授課題組利用比較基因組學和系統發育學等方法,在79種代表性植物基因組中對UV-B受體UVR8及其訊號通路中的覈心元件(RUP、COP1、SPA、HY5、HYH、BES1、BIM1、WRKY36、MYB73、MYB77、MYB13和PIFs)進行起源與演化研究。研究發現UVR8呈現出非常保守的演化歷史,而下游的負調控因數及轉錄因數的演化歷程與綠色植物的演化歷程不同。植物中經典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP訊號通路起源於綠藻,該訊號通路的起源賦予了其響應UV-B輻射的能力。系統發育分析表明BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等元件起源於輪藻,MYB13起源於被子植物祖先類群。同時,研究也在綠藻、輪藻和苔蘚等類群中發現了與植物適應陸地强UV-B環境有關的證據,包括UVR8和RUPs中的正選擇訊號和下游轉錄因數拷貝數量的新增。此外,利用蛋白互作實驗發現UVR8與BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77在早期陸地植物地錢中存在相互作用,進一步支持UVR8-BES1/BIM1、UVR8-WRKY36-HY5和UVR8-MYB73/MYB77等UVR8介導的UV-B訊號通路起源於早期陸地植物。BES1/BIM1、WRKY36、MYB73/MYB77和PIFs等轉錄因數是激素訊號通路的關鍵調控元件,研究表明這些UVR8介導的訊號通路的建立為UV-B訊號與植物內源激素間的聯系提供了基礎。

該研究表明在植物陸地化過程中,經典的UVR8-COP1/SPA-HY5-RUP訊號通路經歷了適應性改變,促進了綠色植物在陸地强UV-B環境中進行UV-B信號傳導和生理響應。同時,綠色植物也進化出了多樣化的UV-B信號傳導和與植物內源激素間的互作機制,擴展了其UV-B信號傳導通路,為適應陸地多變的UV-B輻射環境提供基礎。本研究系統揭示了植物UV-B信號傳導覈心組分的起源與演化歷史,為深入理解植物適應UV-B脅迫的分子機制提供了理論參攷。

南京師範大學生命科學學院張振華博士為第一作者,鐘伯堅教授為論文的通訊作者,中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所博士研究生史辰和劉宏濤研究員參與了該項研究工作。該研究得到國家自然科學基金和江蘇省生物學優勢學科等項目的資助。

論文連結:

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

資料標籤: 植物 科普 uv 調控
本文標題: 南師大學生科院鐘伯堅教授團隊在植物UV-B訊號調控網絡的起源和演化研究中取得重要進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656038637615029
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