拟南芥蓝光受体隐花色素CRY功能和作用机理的研究

光是最重要的环境因子之一，它不仅是植物光合作用的能量来源，同时也是植物生长发育的信号来源。植物通过内在感应光的信号分子光受体介导信号转导，从而调控植物的生长发育。蓝光受体CRY和红光/远红光受体PHY介导的信号转导途径共同完成对光形态建成、开花时间和生物节律性的调控。通过我们的工作，发现拟南芥CRY通过COP1介导蓝光诱导的气孔开放；阐明了CRY1 N端功能区介导的二聚化对于光激活CRY1的受体活性是必须的；揭示了COP1与CO发生直接的蛋白相互作用，并作为CO的E3泛素连接酶，导致CO的泛素化和降解，以此调控CRY控制的光周期开花时间。我们将在上述工作的基础上，研究CRY调控植物的抗病反应和气孔发育的新功能及其相关的分子机理；同时将系统研究我们最近获得的CRY1相互作用因子CRIF1参与信号转导的机理。通过该项目的实施，将可能深入揭示光控高等植物发育的生理本质和调控机理。

光是最重要的环境因子之一，它不仅是植物光合作用的能量来源，同时也是植物生长发育的信号来源。光信号通过光受体介导的信号途径来调控植物的生长发育。在模式植物拟南芥中至少存在3类光受体：蓝光受体隐花素（CRY）、蓝光受体向光素（PHOT）以及红光/远红光受体光敏素(PHY)。其中的蓝光受体CRY是一类重要的光受体，以前的研究表明CRY在植物中调控光形态建成、开花时间、生物节律、气孔开放等重要生理过程。此外，CRY在动物中也参与调控生物节律。近年来的研究发现拟南芥CRY的信号转导机理涉及与一个含有锌指结构域的E3泛素连接酶COP1的直接蛋白相互作用。对于CRY的新功能、新的信号转导元件的分离，以及新的信号转导机理的研究是本领域的前沿问题。通过该项目的实施，我们发现了CRY及红光和远红光受体phyB、phyA促进气孔发育、COP1抑制气孔发育的新功能。弄清了CRY、phyA、phyB协同完成介导光信号对气孔发育的调控作用，并在遗传上位于COP1的上游。阐明了光信号途径与TMM介导的信号途径平行调控气孔发育；揭示了MAPK信号通路中的关键信号因子YDA、以及调控气孔顺序发育的3个关键的转录因子SPCH, MUTE和FAMA在遗传上位于COP1的下游。遗传关系和生理表型分析揭示了光信号调控气孔发育的机理可能涉及与MAPK信号途径的互作。反映上述结果的研究论文发表在植物生物学权威学术刊物Plant Cell上；同时我们还在CRY1的信号转导机理研究方向取得了重要进展。发现了CRY1信号转导新的重要元件SPA1，并揭示了蓝光诱导促进CRY1与SPA1的相互作用，这种相互作用导致COP1与SPA1的结合受到抑制，从而促进COP1–SPA1复合体的解离。这一系列由蓝光诱导的生化过程的后果是，导致了COP1的活性下降，其底物HY5蛋白的稳定性增强而发生积累，最终促进光形态建成。该研究揭示了CRY1通过蓝光诱导的CRY1–SPA1互作及其导致的COP1–SPA1复合体的解离的动态变化, 来控制植物光形态建成的分子机制。反映上述结果的论文发表在生物学权威学术刊物Genes & Development上；此外，我们还发现了CRY1和phyB光受体分别参与调控植物抗病反应和气孔开放的新功能，并阐明了相关的分子机制。3篇反映上述结果的研究论文发表在Molecular Plant上。