近日，PlantCell在线发表了中国科学院华南植物园侯兴亮研究员为通讯作者的题为“ArabidopsisNF-YCsplaydualrolesinrepressingbrassinosteroidbiosynthesisandsignalingduringlight-regulatedhypocotylelongation”的研究论文，该研究发现NF-YC转录因子通过负调控油菜素内酯生物合成和信号转导来介导拟南芥的光形态建成，为外界光照拮抗油菜素内酯通路的潜在机制提供了新见解。
研究背景
在植物整个生命周期中，外界光照起主要的环境刺激作用，而油菜素内酯（BRs）作为重要的内源性生长调节剂发挥关键作用。植物光形态建成涉及一系列重要的发育过程，而这些过程需要对BR介导的幼苗生长进行抑制，但目前对于BR通路的光控调节机制尚不清楚。
主要结果
1.NF-YCs在光照条件下调控BR介导的下胚轴伸长
地下萌发的黄化幼苗生长（即下胚叶伸长）以BR依赖的方式寻找光源，一旦破土而出就需要快速经历光触发的BR反应抑制来进行光形态建成。本研究检测发现，处于光照下的幼苗BR生物合成相关基因以及BR合成前体较暗处生长的幼苗均显著下降，表明光照抑制BR途径。
之前研究表明，NF-Y异源三聚体亚基NUCLEARFACTOR-YC（NF-YCs）蛋白通过表观遗传调控参与光控下的下胚叶伸长。为检测NF-YCs是否通过激素途径调控早期幼苗发育，利用不同植物激素处理突变体和WT幼苗发现，nf-yc3nf-yc4nf-yc9（nf-ycT）三突和nf-yc1nf-yc3nf-yc4nf-yc9（nf-ycQ）四突在光照下的下胚轴明显长于nf-yc单、双突及WT植株，且nf-ycQ对BL不响应（图1）。此外，对幼苗内源性BR进行抑制后发现，nf-ycQ下胚轴长度较WT显著减小。这表明NF-YCs介导了光形态建成期间光诱导的BR响应抑制。
图1.NF-YCs参与光照下BR介导的下胚轴生长
2.NF-YCs抑制光照条件下的BR生物合成和信号转导
经检测，BR生物合成途径中的关键酶编码基因在nf-ycQ幼苗中表达上调。值得注意的是，由BR6ox2催化的BR生物合成的最终前体BL水平在nf-ycQ中显著升高。通过在拟南芥原生质体中进行瞬时实验结合染色质免疫共沉淀分析发现，NF-YC9与BR6ox2启动子结合并抑制其转录。表明NF-YCs通过负调控BR生物合成基因来抑制光照下的下胚轴伸长。
为研究NF-YCs是否通过调控BR合成来介导BR信号转导，结果发现经BL处理后，nf-ycQ幼苗下胚轴与WT相比明显增长，表明nf-ycQ对BR更敏感，同时暗示除BR生物合成外，NF-YCs也在BR信号转导调控中发挥作用。利用BRZ对幼苗中的BR合成进行抑制，并利用bikinin激活BR信号转导通路，结果发现nf-ycQ幼苗对bikinin的敏感性显著高于WT和BR信号抑制因子BIN2过表达株系。表明NF-YCs在调控BR信号转导通路中发挥重要作用。
3.NF-YCs通过抑制BIN2降解来负调控BR信号通路
互作筛选及验证结果显示，NF-YCs与BIN2互作。BIN2过表达能同时降低nf-ycQ和WT的下胚轴长度。NF-YCs功能缺失对bin2-1突变体较短的下胚轴表型无影响，表明BIN2是NF-YC的上位基因。BIN2蛋白含量检测显示，BIN2丰度在光照下的nf-ycQ幼苗中较WT显著降低，而NF-YC9能明显减缓BIN2的降解。此外，BIN2泛素化水平在nf-ycQ中显著升高，表明NF-YCs能够抑制26S蛋白酶体对BIN2的降解。
4.NF-YCs调控BIN2的自我磷酸化
由其他激酶及自身催化的磷酸化修饰对于BIN2的稳定性和活性至关重要。为检测NF-YCs是否促进BIN2的磷酸化，体外激酶实验结果显示，NF-YC9以剂量依赖的方式显著促进了BIN2的自我磷酸化。体内检测发现，BIN2磷酸化水平在nf-ycQ中显著降低，表明NF-YCs通过维持BIN2磷酸化状态来确保其蛋白稳定性。
由于BZR1是BR信号转导通路中BIN2激酶的底物，经检测，BZR1在nf-ycQ中的去磷酸化水平显著增加，这与BIN2丰度检测结果相符。此外，NF-YC9诱导的BIN2自我磷酸化可导致BZR1磷酸化水平显著增加，表明NF-YCs通过BIN2-BZR1磷酸化级联来调控BR信号转导（图2）。
图2.NF-YCs通过介导BIN2磷酸化来抑制其降解
一图解文
光照条件下，NF-YCs通过直接抑制BR6ox2的表达来抑制BR生物合成。另一方面，NF-YCs能够促进BIN2的自我磷酸化以稳定其蛋白水平，从而提高BIN2活性。NF-YC通过调控BR生物合成和信号转导来介导BR信号通路的抑制，进而促进拟南芥幼苗的光形态建成。
图3.NF-Ycs在光触发的BR信号转导通路中的作用模型
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