作為光合自養生物，植物對光環境高度敏感。光是最關鍵的環境因素之一，不僅是能量來源，而且是植物發育過程中的決定因素。當幼苗破土而出，照射在陽光下，需要迅速開啟頂端彎鉤和子葉，抑制下胚軸的生長，促進子葉擴張和積累，為光合自養生長做準備，該過程被稱為光形態建成。bZIP型轉錄因子ELONGATED HYPOCOTYL5（HY5）是幼苗光形態建成的中心樞紐，也是抑制下胚軸生長的關鍵因子。從暗到光下的轉變導致HY5蛋白積累，並促進下游相關基因的表達。多重機制在不同的維度調控HY5的功能發揮。之前的研究表明E3泛素連線酶COP1在暗下透過泛素化HY5抑制蛋白積累，而在光下HY5不斷積累，該過程是否存在去泛素化參與介導仍不清楚。
近日，四川大學生命科學學院林宏輝/張大偉團隊在美國科學院院刊PNAS發表了題為Ubiquitin-specific protease UBP14 stabilizes HY5 by deubiquitination to promote photomorphogenesis in Arabidopsis thaliana的研究論文，揭示了去泛素化酶UBP14透過去泛素化穩定核心轉錄因子HY5從而促進植物光形態建成的新機制。
該研究首先發現去泛素化酶UBP14可以在體外和體內直接與HY5相互作用。UBP14能夠從泛素化的HY5上去除泛素，從而增強HY5的穩定性。缺失UBP14去泛素化功能的突變體da3-1表現出較長的下胚軸，而過表達UBP14的轉基因植株和過表達HY5的轉基因植株的下胚軸表型類似。在光照下，HY5蛋白快速積累，UBP14功能缺失導致HY5積累變慢。之前的研究發現與磷酸化的 HY5 相比，未磷酸化的 HY5 在結合下游基因和調節基因表達方面更具活性。該研究揭示了UBP14傾向於在光照下穩定非磷酸化的HY5，以促進光形態建成。另外，在光下HY5促進UBP14的基因表達和蛋白積累。
綜上，該研究揭示了植物光形態建成過程中UBP14和HY5的動態調控機制。UBP14蛋白在暗轉光後積累並傾向於去泛素化非磷酸化的HY5以增強HY5的穩定性，而積累的HY5與下游的光響應基因結合並激活，以促進幼苗的光形態建成。同時，積累的 HY5 激活了 UBP14 的基因表達，促進其蛋白積累，從而獲得正反饋。
四川大學在讀博士生方可為論文第一作者，四川大學畢業博士生、宜賓學院助理研究員姚秀洪和四川大學在讀博士生田宇昂為論文的共同第一作者，四川大學林宏輝教授和張大偉教授為論文的共同通訊作者。在讀碩士生何洋、林穎如、彭思涵、潘國輝，已畢業博士生雷偉、碩士生師皓鈺也參與了部分研究工作。該研究得到了國家自然科學基金聯合基金重點專案，國家自然科學基金面上專案，四川大學科研基金等專案的資助。
來源：四川大學
