杨洪全课题组揭示拟南芥光敏色素互作因子PIFs通过调控H2A.Z占位来调控光形态建成的分子机制

光是调控植物生长发育的重要环境信号。植物种子在土壤中发芽后，通过暗形态建成促进幼苗快速伸长，出土见光；然后通过光受体介导的光信号转导促进光形态建成，来抑制下胚轴伸长、促进子叶和叶片的扩展以及叶绿素的合成，使幼苗得以进行光合作用，从而实现自养生长。bHLH类转录因子PIFs(包括PIF1、PIF3、PIF4和PIF5)是红光/远红光受体光敏色素(phytochromes)的关键下游因子，通过促进下胚轴的伸长来抑制光形态建成过程。红光下激活的光敏色素B (phyB)通过与PIFs互作，诱导其磷酸化和蛋白降解，从而促进光形态建成。H2A.Z作为一种组蛋白变体，在植物温度感知、发育和开花时间调控等过程中发挥重要作用；SWR1复合体则负责催化H2A.Z在染色质中的占位。目前为止，已知PIF4和SWR1复合体在调控温度依赖的植物生长过程中具有十分紧密的关系，但是二者发挥作用的生化分子机制尚不明确。

4月28日，Journal of Genetics and Genomics在线发表我校生命科学学院杨洪全教授和茅志磊副研究员团队题为“PIFs interact with SWC6 to regulate H2A.Z deposition and photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现拟南芥光敏色素互作因子PIFs通过与SWR1复合体亚基SWC6直接互作，抑制SWC6与光形态建成关键正调控因子HY5的结合，减少H2A.Z在生长素响应基因上的占位，从而抑制光形态建成。

该研究首先发现在酵母细胞和体外系统中PIF1、PIF3、PIF4和PIF5分别与SWC6存在互作；在烟草细胞共表达PIF1、PIF3、PIF4和PIF5分别与SWC6的两两组合，在细胞核中可定位到相同的核斑点；免疫共沉淀实验显示PIF3和PIF4与SWC6在拟南芥体内存在互作。通过把swc6和arp6分别与pifq四突变体杂交，得到swc6 pifq和arp6 pifq五突变体，比较红光下下胚轴长度，发现SWC6和ARP6在红光下主要通过依赖于PIFs来控制下胚轴的伸长。基因表达结果显示PIFs与SWC6和ARP6拮抗地调控生长素响应基因IAA6、IAA19、IAA20以及IAA29的表达；ChIP-qPCR结果显示pifq突变体中在IAA6和IAA19基因上的H2A.Z占位水平比WT明显上升。通过蛋白体外和体内实验，发现PIFs可能通过与HY5竞争结合SWC6来抑制SWR1复合体在这些基因上的催化活性，从而调控H2A.Z的占位和光形态建成。

PIFs参与H2A.Z在生长素响应基因IAA6, IAA19占位的调控机制

A：在黑暗生长的野生型幼苗中，PIFs大量积累，而HY5通过泛素化26S蛋白酶体途径发生降解。因此，PIFs与SWC6互作，充分抑制SWR1复合体的活性和H2A.Z的占位，进而充分激活IAA6和IAA19的表达，促进下胚轴伸长。

B：在红光下生长的野生型幼苗中，HY5蛋白大量积累，而PIFs因先后发生磷酸化泛素化和蛋白降解导致其蛋白水平较低。因此，HY5与SWC6和ARP6的互作只能在一定程度上被低水平的PIFs所抑制，使SWR1复合体以合适的活性来促进H2A.Z在IAA6和IAA19基因上占位，从而维持这些基因表达处于合适的水平以及适度的下胚轴伸长。

C：在红光下生长的pifq突变体幼苗中，由于没有PIFs蛋白，HY5与SWC6和ARP6的互作不受PIFs的抑制，使SWR1复合体能充分促进H2A.Z在IAA6和 IAA19基因上的占位，从而抑制这些基因的表达和下胚轴的伸长。

综上，该研究发现PIFs通过与SWC6的互作，抑制H2A.Z在生长素响应基因上的占位来促进这些基因的表达，进而调控光形态建成的分子机制。上海师范大学博士生陈慧茹为该论文第一作者，茅志磊副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1673852723000954?via%3Dihub

（供稿、图片：生命科学学院）