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Plant Cell | 中科院分子植物卓越中心刘宏涛研究组揭示环境温度调控蓝光受体隐花素蛋白稳定性的机制

花匠小妙招
2025-09-22 08:26

责编 | 奕梵

光照和温度共同调控了下胚轴和叶柄伸长、开花时间、内源生物钟、种子萌发、株型等重要性状。相同光照条件下温度升高（不引起胁迫反应的高环境温度）能够促进下胚轴伸长、开花提前等热形态建成现象（thermomorphogenesis）。自然条件下光和温度通常是协同变化的，但蓝光信号和温度信号如何协同调控下胚轴伸长和开花时间，以及蓝光信号是否参与温度响应过程等问题有待阐明。

隐花色素（CRYs）是一类光裂解酶类似的蓝光受体，最初在拟南芥中发现，后来在几乎所有物种中都被发现。刘宏涛研究组之前发现蓝光受体隐花素CRY不仅参与蓝光响应，也参与温度响应。蓝光和温度信号可以通过使用相同的信号分子PIF4 (Ma et al., 2016) 共同调控伸长，蓝光还可以通过调控冷诱导蛋白COR27和COR28的表达量而参与低温响应，平衡植物发育与抗冷 (Li et al., 2016)。COR27和COR28还参与调控植物暗形态建成和光形态建成过程 (Li et al., 2020)。但CRY本身是否受到温度调节尚不清楚。

2021年9月1日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心刘宏涛研究组在The Plant Cell在线发表了题为Light-Response Bric-A-BracK/Tramtrack/Broad proteins mediate cryptochrome 2 degradation in response to low ambient temperature的研究论文，揭示了环境温度调控蓝光受体隐花素蛋白稳定性的分子机制，并鉴定到到介导CRY蛋白降解的E3泛素连接酶LRB（Light-Response Bric-a-Brack/Tramtrack/Broad）。

刘宏涛研究组发现CRY2蛋白稳定性受环境温度调节，CRY2蛋白在低温下通过26S蛋白酶体途径被降解。与此一致，CRY2在低环境温度下表现出高水平的泛素化修饰。有趣的是，CRY2在低环境温度下的降解仅在蓝光下发生，而在红光或黑暗条件下不发生，这表明CRY2在低环境温度下的降解依赖于蓝光。此外，低环境温度促进E3泛素连接酶Bric-a-BracKk/Tramtrack/Broad（LRB）与CRY2的相互作用，以调节其泛素化和蛋白质稳定性从而响应环境温度。LRB通过调节CRY2的蛋白稳定性促进高温诱导的下胚轴伸长。这些结果表明，CRY2的积累不仅受蓝光的调节，而且受环境温度调节，并且LRB在低温下负责CRY2的降解。高温稳定CRY2，使CRY2成为很好的温度响应负调节器。

最近，有研究发现LRB与蓝光激活的、磷酸化的CRY2直接结合，促进CRY2在蓝光下的多泛素化修饰和降解 (Chen et al., 2021)。LRB也参与CRY1在高强度蓝光下的蛋白降解 (Miao et al., 2021)。这些研究表明LRB不仅介导CRY蛋白在低温下的降解，也介导CRY蛋白在蓝光下的降解。

参考文献：

Chen, Y., Hu, X., Liu, S., Su, T., Huang, H., Ren, H., Gao, Z., Wang, X., Lin, D., Wohlschlegel, J.A., Wang, Q., and Lin, C.(2021). Regulation of Arabidopsis photoreceptor CRY2 by two distinct E3 ubiquitin ligases. Nat Commun12,2155.

Li, X., Liu, C., Zhao, Z., Ma, D., Zhang, J., Yang, Y., Liu, Y., and Liu, H.(2020). COR27 and COR28 Are Novel Regulators of the COP1-HY5 Regulatory Hub and Photomorphogenesis in Arabidopsis. The Plant cell32,3139-3154.

Li, X., Ma, D., Lu, S.X., Hu, X., Huang, R., Liang, T., Xu, T., Tobin, E.M., and Liu, H.(2016). Blue Light- and Low Temperature-Regulated COR27 and COR28 Play Roles in the Arabidopsis Circadian Clock. The Plant cell28,2755-2769.

Ma, D., Li, X., Guo, Y., Chu, J., Fang, S., Yan, C., Noel, J.P., and Liu, H.(2016). Cryptochrome 1 interacts with PIF4 to regulate high temperature-mediated hypocotyl elongation in response to blue light. Proc Natl Acad Sci U S A113,224-229.

Miao, L., Zhao, J., Yang, G., Xu, P., Cao, X., Du, S., Xu, F., Jiang, L., Zhang, S., Wei, X., Liu, Y., Chen, H., Mao, Z., Guo, T., Kou, S., Wang, W., and Yang, H.Q.(2021). Arabidopsis cryptochrome 1 undergoes COP1 and LRBs-dependent degradation in response to high blue light. New Phytol.

原文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koab219