西亚试剂 :北京大学生科院钟上威课题组与邓兴旺课题组联合揭示植物幼苗感知土壤深度分子机制

 2015年12月31日，国际著名生物学权威杂志《Cell》子刊《Current Biology》杂志在线发表北京大学生命科学学院钟上威和邓兴旺课题组题为“Seedlings Transduce the Depth and Mechanical Pressure of Covering Soil Using COP1 and Ethyleneto Regulate EBF1/EBF2 for Soil Emergence”的Article研究长文。研究发现植物幼苗感应土壤中光照强度变化的核心功能蛋白，并揭示了出土过程中幼苗感知土壤深度变化而相应调整其生长发育的分子信号通路。博士后施慧博士是论文的第一作者，研究生刘仁路，薛昶和申醒为论文的共同作者。北京大学生命科学学院钟上威研究员和邓兴旺教授为该论文的通讯作者。

萌发的幼苗从土壤中生长出来是陆生种子植物整个生命周期中非常脆弱的阶段，决定着植物能否顺利存活，也对提高农业生产效率十分关键。土壤中生长的幼苗受多种因素调控，比如光照，温度，土壤机械压力等，但由于土壤成分十分复杂，我们对土壤中植物生长发育怎样被调控的分子机理知之甚少。

本研究通过土壤覆盖实验和分子遗传筛选，发现了一个进化上高度保守的E3泛素连接酶COP1在幼苗出土过程中起着核心作用。COP1单基因突变将导致幼苗不能出土存活，且在遗传上位于转录因子EIN3的上游，保护和维持着EIN3的功能。进一步分子生化实验发现COP1能直接结合，并泛素化降解两个F-box蛋白，EBF1和EBF2。由于EBF1、2是降解EIN3的E3泛素连接酶组分，因此COP1最终稳定了EIN3蛋白的积累。前期工作发现，土壤机械压力能诱导幼苗生成植物激素乙烯，并通过稳定EIN3蛋白协调幼苗子叶与下胚轴的生长发育，促进幼苗出土变绿存活(Zhong et al., 2014, PNAS)。该研究进一步确定COP1与乙烯是相互独立的两条信号通路，共同调控着EIN3蛋白水平。深入研究幼苗出土过程，发现随着幼苗向上生长，土壤中光照逐渐增加，抑制COP1蛋白功能，从而相应下调EIN3蛋白使得幼苗适应出土过程中土壤深度的变化。以上资料由西亚试剂：http://www.xiyashiji.com/