12月19日，植物保護(hù)學(xué)院楊麗教授研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院/濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室/小麥育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧興旺教授團(tuán)隊(duì)，在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了題為 NPR1 promotes blue light-induced plant photomorphogenesis by ubiquitinating and degrading PIF4 的研究論文。

植物作為定植生物，無法主動(dòng)避開不利環(huán)境因素，因此必須應(yīng)對(duì)生物和非生物因素帶來的環(huán)境變化。如何有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)是植物生存和繁衍的核心問題。光照是植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境信號(hào)，植物激素則在適應(yīng)光環(huán)境和完成光形態(tài)建成中發(fā)揮重要作用。當(dāng)植物遭遇病原菌侵襲時(shí)，免疫防御機(jī)制會(huì)迅速啟動(dòng)，合成大量植物激素水楊酸（Salicylic Acid，SA）以增強(qiáng)免疫反應(yīng)。然而，免疫過程能量密集，通常會(huì)抑制正常生長(zhǎng)。因此，如何平衡免疫反應(yīng)與生長(zhǎng)一直是植物學(xué)研究的重點(diǎn)。盡管已有研究探討了植物激素在光形態(tài)建成中的作用，水楊酸作為免疫激素在這一過程中的作用仍未得到足夠關(guān)注。

水楊酸的受體—NPR1（NonEXPRESSER OF PATHOGENESIS-RELATED GENES 1）是水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)控因子，在植物免疫反應(yīng)中發(fā)揮著核心作用。然而，植物如何整合光信號(hào)與水楊酸信號(hào)以應(yīng)對(duì)環(huán)境變化，以及水楊酸在光形態(tài)建成中的作用尚未得到深入研究。同時(shí)，NPR1在光形態(tài)建成中的作用機(jī)制也尚不明晰。因此，研究水楊酸及NPR1在光形態(tài)建成中的角色，不僅有助于揭示植物如何協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)與生長(zhǎng)發(fā)育，也為理解植物如何適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境提供重要依據(jù)。

在植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控中，光敏色素相互作用因子（Phytochrome Interacting Factors, PIFs）是重要的轉(zhuǎn)錄因子。在光照條件下，PIFs通過泛素化途徑迅速降解，以響應(yīng)光信號(hào)，這一精細(xì)的調(diào)控機(jī)制確保了植物能夠在動(dòng)態(tài)變化的光環(huán)境中做出適應(yīng)性調(diào)整。盡管已有研究揭示了其它 PIFs 穩(wěn)定性調(diào)控的泛素連接酶，但PIF4 蛋白穩(wěn)定性調(diào)控的具體機(jī)制仍不清楚，亟待進(jìn)行深入和系統(tǒng)的研究，揭示其背后的分子機(jī)制及生物學(xué)意義。

本研究探討了水楊酸對(duì)植物光形態(tài)建成的促進(jìn)作用，并揭示了NPR1和PIF4在這一過程中的協(xié)同調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸顯著抑制了野生型擬南芥（Col-0）下胚軸的伸長(zhǎng)，且NPR1與PIF4共同參與了這一調(diào)控。進(jìn)一步分析表明，NPR1通過與PIF4直接相互作用，正向調(diào)控藍(lán)光引發(fā)的光形態(tài)建成，并且這種相互作用在藍(lán)光條件下得到了顯著增強(qiáng)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)水楊酸受體NPR1作為CUL3依賴性的E3泛素連接酶，介導(dǎo)了PIF4的翻譯后調(diào)控。具體而言，NPR1通過促進(jìn)PIF4的泛素化，并通過26S蛋白酶體途徑在細(xì)胞核中降解PIF4，從而顯著降低了藍(lán)光條件下PIF4的蛋白水平，抑制下胚軸伸長(zhǎng)。進(jìn)一步的分析表明，NPR1通過泛素化PIF4的多個(gè)氨基酸殘基（Lys129/252/428）負(fù)向調(diào)控PIF4的蛋白穩(wěn)定性，進(jìn)而影響植物的光形態(tài)建成。通過PIF4泛素化位點(diǎn)突變體（PIF4(3KR)）的表型分析，研究證實(shí)了水楊酸對(duì)下胚軸伸長(zhǎng)的抑制作用依賴于NPR1對(duì)PIF4的泛素化調(diào)控。此外，藍(lán)光受體隱花色素（Cryptochrome, CRYs）通過增強(qiáng)NPR1與PIF4的相互作用，進(jìn)一步促進(jìn)了NPR1介導(dǎo)的PIF4泛素化和降解。這些結(jié)果揭示了NPR1通過泛素化調(diào)控PIF4，特異性地調(diào)節(jié)擬南芥在藍(lán)光條件下的光形態(tài)建成過程。該研究不僅加深了我們對(duì)水楊酸在植物生長(zhǎng)調(diào)控中的作用的理解，也為植物如何響應(yīng)環(huán)境變化提供了新的分子機(jī)制。

這項(xiàng)研究不僅揭示了NPR1在植物光形態(tài)建成中的新角色，還深入闡明了其在藍(lán)光響應(yīng)中的獨(dú)特調(diào)控機(jī)制，為植物在免疫反應(yīng)與生長(zhǎng)發(fā)育之間如何實(shí)現(xiàn)平衡提供了新的分子機(jī)制和理論依據(jù)。特別值得注意的是，該研究首次發(fā)現(xiàn)了一種在藍(lán)光條件下對(duì)PIF4進(jìn)行翻譯后調(diào)控的全新機(jī)制。這一新機(jī)制在植物發(fā)育的精細(xì)調(diào)控中具有重要意義：通過精確調(diào)控PIF4，植物能夠根據(jù)藍(lán)光信號(hào)的變化，靈活調(diào)整自身的生長(zhǎng)發(fā)育，從而更好地適應(yīng)光照強(qiáng)度、光周期和溫度波動(dòng)等外部環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。這種適應(yīng)性調(diào)節(jié)不僅幫助植物在自然環(huán)境中更有效地獲取生存資源（如光能、水分和養(yǎng)分），還增強(qiáng)了植物應(yīng)對(duì)各種生物和非生物脅迫的能力，從而確保它們能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中生存并繁衍。

論文的通訊作者為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院楊麗教授和北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院鄧興旺院士。論文第一作者為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院訪問學(xué)者、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后周楊楊。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李繼剛教授和北京大學(xué)何光明副研究員也參與了該項(xiàng)研究工作。該工作得到北京市自然科學(xué)基金, 國(guó)家自然科學(xué)基金，拼多多-中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究基金, 中國(guó)高?？茖W(xué)基金, 國(guó)家高層次青年人才項(xiàng)目, 中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程項(xiàng)目, 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計(jì)劃；國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃項(xiàng)目, 山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等多個(gè)科研項(xiàng)目的資助。

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