拟南芥SUMO E3连接酶调控植物光形态建成的分子机制研究

拟南芥AtSIZ1是SUMO E3连接酶。最近我们发现AtSIZ1功能缺失突变体siz1-2较野生型植物叶柄短、PIL1和HFR1的基因表达水平下降、对红光反应更敏感、phyB蛋白水平增高、细胞核中只有较大且数目少的核体以及phyB-9 siz1-2双突变体对红光反应与phyB-9相似。上述结果说明， AtSIZ1通过phyB调控植物光形态建成。在此前期工作的基础上，本课题将深入探索AtSIZ1调控植物光形态建成的分子机制。拟鉴定：（1） AtSIZ1是否通过其SUMO E3连接酶活性调控植物光形态建成；（2）phyB、COP1及PIFs的SUMO 化修饰的可能性及其分子机制；（3）SIZ1与phyB-COP1-PIFs互作并稳定此复合物的可能性。本研究把SUMO化和泛素化有机联系起来，将揭示SUMO化与泛素化协调调控phyB核质定位和蛋白稳定性的分子机制。

COP1（CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1）是一个泛素E3连接酶，在光形态建成中起非常重要的作用，但在翻译后修饰水平上COP1活性被调控的分子机制鲜为人知。我们的研究发现SUMO（small ubiquitin-like modifier）化修饰增强COP1的活性。功能缺失siz1突变体幼苗表现出持续光形态建成表型，而且COP1的底物蛋白HY5的蛋白水平在突变体中增高。SIZ1与COP1互作，并介导COP1的SUMO化修饰。遗传学证据表明COP1活性在siz1中降低，而SIZ1至少通过COP1负调控光形态建成。COP1的K193R突变抑制其SUMO化修饰，并降低COP1的体外和体内酶活性。体外SUMO化修饰的COP1比没有被SUMO化修饰的COP1具有更高的E3泛素连接酶活性。但SIZ1介导的SUMO化修饰并不影响COP1二聚体的形成、COP1-HY5互作和COP1的细胞核中的量。有趣的是，长时间的光照处理降低COP1的SUMO化修饰水平，而且COP1介导SIZ1的泛素化及降解。这些调控机制可能维持COP1活性的动态平衡，从而保证幼苗在不断变化的光环境下正确的光形态建成。此研究中我们利用遗传学和生物化学手段，鉴定出调控光信号通路的新蛋白SIZ1，并在植物中发现第一个SRUL（SUMO-regulated ubiquitin ligase）蛋白COP1。