拟南芥UIE-UVS1-FHY3功能模块参与紫外光信号通路的分子机制

Light is the most important environmental cue and signaling factor for plant development. UV-B has been revealed to participate in plant photomorphogenic development, secondary metabolism and resistance to pest and disease attack. However, most of the detailed mechanisms remain unclear. Our available evidence suggested that AtUVS1(UV-B SENSITIVE1) negatively regulates photomorphogenic development in the UV-B irradiation in Arabidopsis thaliana and two interacting proteins UIE and FHY3 were identified by Y2H screening, which may together constitute a functional module with UVS1 to participate in the UV-B signal pathway. In this project, we aim to characterize the biological role of such a module, examine regulation mechanism between three genes within the UIE-UVS1-FHY3 module, reveal its cross talk with the previous UVR8-COP1-HY5 signaling route, and identify the up/down-stream regulatory genes of UVS1 using Y2H, microarray, ChIP-Seq and EMSA. All of these results will be highly useful for clarifying the regulatory mechanism of UV-B in plant development.

光是影响植物生命活动最重要的环境因子，同时也是植物发育的重要调控信号。紫外光(UV-B)调控植物光形态建成（抑制下胚轴伸长和子叶张开）、次级代谢（促进类黄酮和花青素积累）以及免疫系统（抗病虫害）等的形成与发育；但很多具体的分子机制仍不清楚。我们前期研究表明，AtUVS1(UV-B SENSITIVE1)负调控紫外光形态建成。通过酵母双杂筛库，进一步发现UVS1蛋白能与UIE和FHY3互作，可能一起形成功能模块参与紫外光信号通路调控植物的形态发育。本项目在前期基础上，拟综合利用酵母双杂交、基因芯片、ChIP-Seq和EMSA等技术阐述UIE-UVS1-FHY3功能模块内基因之间的分子调控机制，鉴定它们的上下游调控基因，揭示它们与已有UVR8-COP1-HY5紫外信号通路交叉对话关系；最终解析该功能模块参与紫外信号通路的分子网络调控机制，为全面揭示UV-B调控的植物生长发育奠定基础。

UVB（280-315 nm）是来源于太阳光的短波段辐射，其在植物体内的特异性光受体为UVR8。近年来，由于臭氧层衰减而引起的UVB辐射增强将产生严重的生态学后果，对人类、动物、植物、微生物等都产生了重大的影响，因此研究紫外辐射生态学和紫外光信号转导的分子机制是非常必要的和有益的。低剂量的UVB诱导植物光形态建成，主要表现为抑制幼苗下胚轴伸长，受UVR8介导的UVB信号通路所调控。目前研究人员已经绘制了以“RUP1/2-UVR8-COP1-HY5/HYH”为核心、“UVR8-TFs”参与的基础UVB分子信号调控网络。在本课题的研究中，我们发现拟南芥六聚体蛋白前折叠素（Prefoldin，PFD）亚基3的编码基因PFD3响应UVB，PFD3负调控UVB诱导的短下胚轴表型。我们进一步利用生物化学、分子生物学和遗传学等方法，解析了拟南芥PFD3负调控UVB光形态建成的分子遗传学机制。具体研究结果总结归纳如下： .本实验室在紫外光形态建成相关突变体的筛选中，发现了一个紫外光敏感的突变体 pfd3。为了深入解析PFD3基因参与紫外光形态建成的具体分子遗传学机制，我们进一步采取了酵母双杂筛库技术去寻找PFD3的互作蛋白。通过酵母双杂交筛库，我们发现PFD3与UVB响应的两个关键转录因子FHY3和WRKY70发生互作，pull-down和BiFC进一步验证了PFD3-FHY3和PFD3-WRKY70的核内互作关系。我们通过进一步的研究发现：转录因子WRKY70和FHY3能够分别结合COP1启动子区-789 bp的“WT box like”和-200 bp的“FBS”顺式作用元件，以UVB依赖的方式共同激活COP1基因的表达，从而促进UVB信号转导。而PFD3则通过与FHY3和WRKY70直接互作，进而抑制它们的转录活性，最终负调控拟南芥幼苗UVB光形态建成。PFD3负调控UVB信号转导途径依赖于UVR8，并受UVB抑制。综上所述，本课题首次揭示了前折叠素蛋白PFD3抑制拟南芥幼苗UVB光形态建成的分子遗传学机制，并新发现了2个依赖UVR8参与的UVB功能模块：“PFD3-FHY3-COP1”和“PFD3-WRKY70-COP1”，以上工作完善了植物UVB信号转导调控网络。我们的研究为进一步开展作物抗紫外遗传改良提供了理论依据和支持，同时也为生态环境保护提供依据和支持。