广州中医药大学团队揭示光信号调节光系统II功能机制

来源：植物生物学

光合作用被称为地球上最重要的生化反应，它利用太阳光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。植物叶绿体中的光系统II（PSII）可以直接捕获光能并完成水的光解和质体醌的还原，对于光合作用的开启至关重要。值得关注的是，光作为一种重要的环境因子，既可以作为能量供给光合作用，同时还可以作为信号调节植物生长发育。尽管目前对于PSII组成及结构的研究不断深入，但其生物发生及功能维持的光调节机制仍不清楚。

2020年5月22日，广州中医药大学药用植物生理生态研究院研究人员在Plant Physiology在线发表了题为 “Light Signaling-Dependent Regulation of Photosystem II Biogenesis and Functional Maintenance”的研究论文，揭示了光信号调节PSII生物发生及功能维持的分子机制。

研究人员前期研究发现PSII核心蛋白D1翻译调控因子LPE1与HCF173相互作用，协同参与调控PSII的生物发生。更有趣的是，HCF173的表达受到光诱导调控（PNAS, 2018），但相关机制并不清楚。本研究发现，HCF173的表达、D1蛋白的积累以及PSII活性，同时受到远红光、红光、蓝光的诱导。在蓝光条件下，蓝光受体CRY1发挥主要作用；在红光条件下，红光受体PhyB发挥主要作用；在远红光条件下，远红光受体PhyA发挥主要作用；在白光条件下，红光、远红光、蓝光受体协同发挥作用。进一步研究发现，不同光受体通过转录因子HY5参与不同光质条件下HCF173的表达，进而促进D1蛋白的合成以及PSII的生物发生。HY5可以通过ACE和G-box元件直接与HCF173启动子结合，激活HCF173的启动子活性。

值得注意的是，HY5还调节PSII组装和修复相关基因的表达，包括ALB3, HCF136, PAM68, HHL1,LQY1等。HY5直接与组装修复相关基因启动子中的ACE基序和G-box顺式元件结合并调节其活性，进而参与光损伤条件下PSII的修复及功能维持。更有趣的是，进一步研究发现，HY5介导的光信号途径广泛参与多个光系统相关基因的表达，进而调节不同光条件下的光合效率。该研究建立了光受体介导的光信号途径和PSII功能调控之间的互作关系，为理解PSII功能的光调节机制提供了新的见解。

广州中医药大学靳红磊教授为本论文的通讯作者，李雪博士（中山大学2020届博士研究生）为第一作者，王宏斌教授参与指导了本项研究，相关工作得到了国家自然科学基金、农业部转基因专项、广东省特支计划等的资助。