光是影响植物生长发育的重要环境因素，它不仅是重要的能量来源，其昼夜变化深刻的影响着植物生长发育，过去二十年人们对植物光信号的感知及信号通路有了较为深入的了解。植物幼苗出土见光后不但会迅速完成从异养模式到光合自养模式的切换，并且还表现出幼苗子叶打开、膨大并变绿，下胚轴伸长速度减慢等一系列植物光形态建成的特点。过去的大量研究表明ELONGATED HYPOCOTYL 5 (HY5) 是调节植物光形态建成的核心转录因子，调控众多基因的表达，但是由于其没有转录激活活性，因此更加依赖与激活或抑制型co-factors的结合，从而实现对不同靶基因的动态调节，不仅如此，HY5还能通过与其它信号分子的相互作用来整合其它信号通路，来调节植物生长与环境的适应性。然而，HY5如何实现与不同co-factors或信号分子的动态结合及该过程是否依赖其它调节子的参与目前并不清楚。
近日，河北师范大学张胜伟教授研究团队与Carnegie Institution王志勇教授研究团队在国际著名学术期刊Developmental Cell上合作发表了题为Photoregulatory protein kinases fine-tune plant photomorphogenesis by directing a bifunctional phospho-code on HY5 in Arabidopsis的研究论文。该研究发现酪蛋白激酶家族成员PHOTOREGULATORY PROTEIN KINASEs (PPKs) 在HY5的活性和蛋白稳定性的动态变化过程中发挥了重要调节作用。
研究发现光能促进PPK1蛋白的积累，并且PPK1能磷酸化HY5的Thr55，Ser56和Ser60残基。这些位点的磷酸化促进了HY5与CONSITIUTIVE PHOTPMORPHOGENESIS 1 (COP1) 的结合，COP1是调节HY5暗下降解的关键E3泛素连接酶，从而使HY5蛋白在暗下更容易被泛素化修饰而降解。此外，这些位点的磷酸化促进了HY5与抑制型co-factor B-BOX PROTEIN 24(BBX24)的相互作用，所以导致磷酸化形式的HY5在体内结合靶基因的能力减弱。因此，PPK1通过赋予HY5特异的磷酸化密码双重调节其活性和蛋白稳定性，这种翻译后修饰及转录调节形成的反馈环确保了HY5功能的稳健性。由于PPKs还可以调节诸多信号分子的活性，因此，PPKs-HY5调控模块为未来人们解析植物响应复杂环境变化的信号网络提供了新的新切入点。
河北师范大学已毕业博士生张楠和魏创奇（现工作单位：河北省农林科学院）为论文的并列第一作者，张胜伟和王志勇为论文的共同通讯作者，浙江省农林科学院邓志平研究员及石家庄海关技术中心艾连峰研究员对磷酸化位点的鉴定提供了帮助，河北师范大学孙颖教授为本工作的顺利开展提供了大力支持。该研究得到国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省政府青年拔尖人才及河北师范大学等科研经费的资助。
河北师范大学张胜伟研究团队主要从事蛋白激酶调控植物生长环境适应性的分子机理研究，近年来在水稻和拟南芥等模式植物中鉴定了多个蛋白激酶及其磷酸化底物的功能性氨基酸位点（Plant Physiology，2024；Current Biology，2022; Plant Cell，2019)。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.04.007
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