植物的向光性(phototropism)是一種關(guān)鍵的環(huán)境適應(yīng)性機制，使其能通過調(diào)整生長方向來優(yōu)化對光能的捕獲，提升光合效率并促進(jìn)生長發(fā)育。向光素phototropin 1(phot1)作為核心的光受體，介導(dǎo)了植物對藍(lán)光的感知和向光性反應(yīng)。盡管已有的研究鑒定了phot1下游信號通路組成和功能，但連接光信號與phot1激酶活性的關(guān)鍵調(diào)控因子至今仍未被發(fā)現(xiàn)。

中國科學(xué)院華南植物園劉勛成研究團(tuán)隊鑒定發(fā)現(xiàn)phot1的多個賴氨酸位點發(fā)生乙?；揎?，并證實保守的賴氨酸位點(K636)的乙?；揎椪{(diào)控其自磷酸化和激酶活性，影響植物的向光性反應(yīng);遺傳表型篩選發(fā)現(xiàn)賴氨酸去乙?；窰DA9為調(diào)控植物向光性和phot1活性的關(guān)鍵上游因子，通過調(diào)節(jié)phot1的乙?；接绊懫淞姿峄c激酶活性;同時，證實該"乙?；?磷酸化協(xié)同調(diào)控"作用在不同物種如番茄、煙草和花生中具有高度的保守性，凸顯該機制在植物向光性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的廣泛性與重要性。

基于以上結(jié)果，研究組提出乙?；揎椷B接光信號和phot1激活的分子模式：在感知環(huán)境光信號后，phot1快速發(fā)生磷酸化修飾，進(jìn)而激活其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，同時顯著降低phot1與HDA9的結(jié)合能力。隨后，在未知乙酰轉(zhuǎn)移酶(Acetyltransferases，ATs)的作用下，乙酰化修飾的phot1逐漸積累，形成負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路。該機制通過抑制phot1過度磷酸化來防止光信號過度放大。這種循環(huán)進(jìn)行的“乙?；?去乙?；揎棥蹦K構(gòu)成了精確的分子制動系統(tǒng)能夠微調(diào)向光性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)強度，從而確保植物獲得最佳生長響應(yīng)。這種獨特的模式展示了植物光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的高度精確性和可塑性。本研究為農(nóng)作物的光適應(yīng)性和光能高效利用遺傳育種提供了新的理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以 “Histone Deacetylase 9 Modulates Phototropin 1 Acetylation Dynamics to Fine-Tune Phototropic Responses in Plants”為題于近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Plant Communications(《植物通訊》)(IF2024 11.6)上。華南植物園梁敏婷助理研究員和鄧書林研究員為共同第一作者，劉勛成研究員為通訊作者。研究團(tuán)隊成員包括張藝副研究員、列志旸副研究員、公共實驗室戴光義博士、研究生楊泳怡和實習(xí)生郭景源。該研究得到國家自然科學(xué)基金和廣東省科技計劃等項目的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346225001865

圖1. 分子模式：HDA9介導(dǎo)phot1乙?；?磷酸化動態(tài)平衡調(diào)控植物向光性