中國(guó)農(nóng)科院生物技術(shù)研究所與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，揭示了自然界光信號(hào)途徑與植物內(nèi)部的生物鐘互作協(xié)同調(diào)控生物鐘關(guān)鍵基因CCA1節(jié)律性表達(dá)的分子機(jī)理，對(duì)于闡明整個(gè)植物生物鐘的分子調(diào)控機(jī)理具有十分重要的意義，同時(shí)可為培育適應(yīng)不同環(huán)境和地域的作物新品種提供理論指導(dǎo)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物細(xì)胞(Plant Cell)》。
中國(guó)農(nóng)科院生物所副研究員劉揚(yáng)介紹，已知光是調(diào)節(jié)植物生物鐘，使之與不斷變化的環(huán)境條件相適應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)，植物通過(guò)各種光受體（如光敏色素和隱花色素）來(lái)感知光信號(hào)的變化并通過(guò)信號(hào)輸入途徑將光信號(hào)傳遞到生物鐘內(nèi)部，進(jìn)而調(diào)節(jié)生物鐘的功能。但光信號(hào)是如何傳遞到生物鐘內(nèi)部來(lái)調(diào)控和重設(shè)生物鐘的？相關(guān)分子機(jī)制尚不清楚。
研究發(fā)現(xiàn)，光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子FHY3和FAR1在光激活生物鐘的核心結(jié)構(gòu)、即中央振蕩器3個(gè)核心因子中的一個(gè)基因CCA1過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。光可以激活FHY3/FAR1基因的表達(dá)，使其直接激活CCA1基因的轉(zhuǎn)錄。在fhy3 far1功能缺失雙突變體中，CCA1基因的表達(dá)不再受光誘導(dǎo)，而且其節(jié)律性的表達(dá)模式也受到影響。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，光敏色素結(jié)合蛋白PIF5和生物鐘關(guān)鍵因子TOC1可以與FHY3蛋白相互作用，抑制FHY3的轉(zhuǎn)錄激活功能，繼而抑制CCA1的表達(dá)。研究人員還發(fā)現(xiàn)在凌晨，高水平的FHY3蛋白和較低水平的PIF5和TOC1蛋白共同維持了CCA1基因的表達(dá)在凌晨達(dá)到頂峰。該研究揭示了FHY3、TOC1和PIF5共同組成一個(gè)反饋循環(huán)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，一方面調(diào)控CCA1的光激活，另一方面維持CCA1基因在凌晨表達(dá)峰值。
