王雷课题组综述：生物钟与光信号协作调控植物生长发育

植物作为固着生物必须适应不断变化的环境信号，生物钟作为植物体内的内源计时机制，可以使植物感知并预测环境信号的昼夜节律性变化，从而协调植物的多种生理和发育进程。光不仅是植物光合作用的能量来源，而且也是植物形态建成的主要调控因子以及生物钟的环境授时因子。光信号可以被光受体感知并传至生物钟核心振荡器，从而调节生物钟周期及相位。另一方面，生物钟也可以反馈调节光信号途径中包括光受体在内的主要组分的累积和活性。内源生物钟与环境光信号之间存在密切而复杂的互作关系，二者协同调控植物发育的可塑性及对昼夜变化环境的适应性。

近日，中科院植物研究所王雷课题组在aBIOTECH在线发表了题为“Coordinative regulation of plants growth and development by light and circadian clock”（点击题目查看原文）的综述文章，系统总结了生物钟与光信号协作调节多个植物发育过程的作用机制和分子网络。

该综述首先总结了模式植物拟南芥的核心生物钟网络架构、以及光信号驯化生物钟的最新进展，包括多种光受体如光敏色素PHYA-E，隐花色素CRY1/2等及光信号枢纽分子PIFs，HY5/HYH等可在转录及转录后水平对生物钟关键组分进行调控，进而实现光信号到生物钟核心振荡器的输入及对生物钟的驯化。在此基础上，作者归纳总结了生物钟协同光信号调控拟南芥下胚轴生长及光周期开花途径的分子网络，包括生物钟组分与PIFs的互作在不同日长和温度条件下对下胚轴生长的调控，以及生物钟与光信号在不同光周期条件下协同调控CO-FT的路径进而调控植物开花。此外，该文还总结了生物钟与光信号互作在多种重要农作物光周期依赖途径开花调控过程中的重要作用，如生物钟协同光信号调控大豆中开花关键因子E1及水稻中特有开花因子Ghd7和Ehd1等。同时该文还概述了近年来玉米与小麦在光周期调控开花方面的研究进展。

图：生物钟与光信号互作的分子网络

除此之外，该文还指出生物钟与光信号不仅协同调控植物的发育可塑性，它们的协同互作在作物胁迫响应方面的研究有可能会成为新的研究热点，全面探索作物中生物钟与光信号的协调机制，将为作物的区域适应性设计育种提供理论支撑。

作者简介：

王雷，中国科学院植物研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授，中国科学院植物分子生理学重点实验室副主任。主要研究方向为生物钟调控重要植物发育过程的网络解析以及生物钟周期精细调控的分子机制。重点围绕植物生物钟整合环境信号调控重要植物发育进程，以期为提高农作物品质与产量提供时间生物学方面的理论基础。近年来在Nucleic Acids Research, Molecular Plant, Nature Communications, PNAS, EMBO J, Cell Research, Plant Physiology等国际著名学术期刊发表多篇生物钟领域有重要影响的学术论文。目前担任中国植物生理和植物分子生物学学会理事，中国细胞生物学会生物节律分会委员，《植物学报》副主编，植物与环境领域F1000 Faculty Opinions等。

全文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-021-00041-6