近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李廈教授研究團(tuán)隊(duì)在Developmental Cell上發(fā)表了題為Arabidopsis COP1 suppresses root hair development by targeting type I ACS proteins for ubiquitination and degradation的研究論文。該研究揭示了COP1介導(dǎo)Type I ACS蛋白泛素化，從而整合乙烯和光信號(hào)，負(fù)調(diào)控根毛發(fā)生及生長(zhǎng)的分子機(jī)制。

根毛是維管植物在進(jìn)化中由表皮細(xì)胞分化出的管狀細(xì)胞，對(duì)于植物水養(yǎng)分吸收、環(huán)境適應(yīng)性、以及與土壤微生物互作起到關(guān)鍵作用。

根毛發(fā)育依賴于內(nèi)源發(fā)育信號(hào)及環(huán)境因子。乙烯和光信號(hào)均促進(jìn)根毛發(fā)生及生長(zhǎng)。光形態(tài)建成過程中，乙烯和光信號(hào)通過COP1（Constitutively Photomorphogenic 1）互話，從而調(diào)控下胚軸的伸長(zhǎng)。但在根毛的發(fā)育過程中，乙烯和光信號(hào)之間是否存在相互交流，其機(jī)制如何，尚不清楚。

該研究首先證明COP1抑制根表皮生根毛細(xì)胞的命運(yùn)決定和根毛的極性生長(zhǎng)。此外，利用D-root系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)黑暗抑制根毛發(fā)育依賴于COP1。結(jié)合藥劑學(xué)、遺傳學(xué)和生理學(xué)分析，明確了COP1負(fù)調(diào)控乙烯的合成途徑；利用分子生物學(xué)及生物化學(xué)手段，證明COP1與乙烯合成途徑中的第一類限速酶ACS2和ACS6互作，并特異性地催化ACS2和ACS6的泛素化修飾，介導(dǎo)其通過26S-蛋白酶體發(fā)生降解。這一研究首次發(fā)現(xiàn)了Type I ACS的E3泛素連接酶。最后，通過遺傳學(xué)手段證明了ACS2及ACS6是COP1的下游組分。

COP1及黑暗均可促進(jìn)Type I ACS的降解，使植物根系在出土之前維持較低的乙烯水平，抑制根毛的生長(zhǎng)發(fā)育。而在下胚軸生長(zhǎng)過程中，COP1通過EBF1/2正調(diào)乙烯信號(hào)通路，促進(jìn)下胚軸生長(zhǎng)。對(duì)陸生植物而言，苗期及時(shí)獲得光照是一個(gè)生死攸關(guān)的問題。COP1通過整合光和乙烯信號(hào)，平衡幼苗不同生長(zhǎng)階段的下胚軸伸長(zhǎng)和根毛發(fā)育，為幼苗的生存適應(yīng)性提供了進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。

博士生尹桂敏為本論文第一作者，李廈教授和張彥教授為本論文共同通訊作者，已畢業(yè)博士生葛福榮和碩士生囤珊珊和方異茹，在讀碩士生王丹丹，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)李恩教授、上海交通大學(xué)呂東平教授和南開大學(xué)王寧寧教授也參與了本項(xiàng)工作。本研究受國(guó)家自然科學(xué)基金資助。

鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.06.021

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波