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PNAS:微蛋白作用于植物种子萌发破土后的发育转变(补2020-08-09)

已有 1780 次阅读 2020-8-10 11:05 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Allosteric deactivation of PIFs and EIN3 by microproteins in light control of plant development

第一作者Qingqing Wu

第一单位北京大学

通讯作者Shangwei Zhong


 Abstract 


背景1-种子萌发Buried seedlings undergo dramatic developmental transitions when they emerge from soil into sunlight.


背景2-PIFs & EIN3: As central transcription factors suppressing light responses, PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORs (PIFs) and ETHYLENE-INSENSITIVE 3 (EIN3) actively function in darkness and must be promptly repressed upon light to initiate deetiolation.


背景3-微蛋白Microproteins are evolutionarily conserved small single-domain proteins that act as posttranslational regulators in eukaryotes.


提出问题:Although hundreds to thousands of microproteins are predicted to exist in plants, their target molecules, biological roles, and mechanisms of action remain largely unknown.


主要发现:Here, we show that two microproteins, miP1a and miP1b (miP1a/b), are robustly stimulated in the dark-to-light transition.


结果-表达模式miP1a/are primarily expressed in cotyledons and hypocotyl, exhibiting tissue-specific patterns similar to those of PIFs and EIN3.


结果-生化机制We demonstrate that PIFs and EIN3 assemble functional oligomers by self-interaction, while miP1a/b directly interact with and disrupt the oligomerization of PIFs and EIN3 by forming nonfunctional protein complexes. As a result, the DNA binding capacity and transcriptional activity of PIFs and EIN3 are predominantly suppressed.


结果-遗传实验These biochemical findings are further supported by genetic evidence. miP1a/b positively regulate photomorphogenic development, and constitutively expressing miP1a/b rescues the delayed apical hook unfolding and cotyledon development of plants overexpressing PIFs and EIN3.


结论:Our study reveals that microproteins provide a temporal and negative control of the master transcription factors' oligomerization to achieve timely developmental transitions upon environmental changes.


 摘  要 


埋在土下的种子在萌发破土之时会经历剧烈的发育转变。作为抑制光响应的核心转录因子,光敏色素互作因子PIFs与EIN3在黑暗条件下表现活跃,但在植物破土见光之时必须要被抑制,从而起始去黄化。微蛋白是演化上保守的小的、具单个结构域的蛋白,在真核生物中作为翻译后调控因子发挥作用。尽管植物中存在数百至数千个微蛋白,但有关这些植物微蛋白的靶向分子、生物功能以及作用机制都还存在较大的研究空白。本文中,作者发现两个微蛋白miP1amiP1b在植物由黑暗到光亮的转变时受到强烈刺激。miP1a/b基因主要在子叶和下胚轴中表达,存在与PIFs和EIN3类似的组织特异性表达模式。作者发现PIFs与EIN3能够通过自互作组装形成功能性的寡聚体,而miP1a/b能够直接结合并通过形成非功能性的蛋白复合物来扰乱PIFs和EIN3的寡聚化。因此,PIFs和EIN3的DNA结合能力以及转录活性被极大地抑制了。后续的遗传学实验进一步验证了这些生化发现。miP1a/b能够正向调控光形态发生,并且组成型表达miP1a/b能够拯救过表达PIFs和EIN3基因所导致的顶钩延迟展开和子叶发育的缺陷表型。本文的研究揭示了微蛋白通过对主效转录因子寡聚化的时空负调控,从而在植物遭遇环境变化时确保发育转变成功进行。


 通讯作者 


**钟上威**


个人简介:

2003-2007年,武汉大学,学士;

2007-2012年,北京大学,博士;

2010-2012年,耶鲁大学,联培博士;

2012-2014年,耶鲁大学,博后;

2014年-至今, 北京大学,研究员。


研究方向:

陆生种子植物对于陆地土壤环境的适应性,集中研究植物种子在土壤中萌发,幼苗向上生长破土而出,以及出土后见光变绿存活的分子调控机制。


doi: 10.1073/pnas.2002313117


Journal: PNAS

Published date: August 04, 2020



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