Plant Cell | UVR8调控拟南芥花序茎向光性的机制

光是植物生长发育过程中最重要的环境信号之一，从植物种子萌发到衰老，光都起到了重要作用。在进化的过程中，植物进化出光受体从而感应光的质量、强度和方向，适当调节的植物生理反应，从而适应生存环境【1】。例如，植物受单方向光照射时会使植物器官朝向射入的光的方向生长，这种现象称为向光性。植物的向光性对提高光合作用十分必要的，也有助于提高授粉效率和繁殖成功率【2】。拟南芥的光受体能够感知从UV-B到远红光的几乎整个光谱范围 【3】。UVR8是目前已知唯一的UV-B (280-315 nm) 特异性光受体【4】。在幼苗期，植物向光性主要受蓝光受体和紫外光受体的调控。已有文章报道拟南芥黄化苗向UV-B弯曲的分子机制【5】，但目前关于花序茎向光性的分子机制仍不清楚。

近日，比利时根特大学的Filip Vandenbussche课题组在The Plant Cell上发表了一篇题为Differential UVR8 signal across the stem controls UV-B-induced inflorescence phototropism的研究论文，报道了UVR8调控UV-B诱导的拟南芥花序茎向光性。

研究发现单侧UV-B照射导致拟南芥花序茎向光源弯曲，并且UVR8是花序茎中UV-B诱导的向光性的主要光受体（图1）。单侧UV-B照射导致花序茎中UVR8信号差异主要发生在茎部辐照侧的表皮、皮质和内胚层。UV-B导致花序茎中HY5及HYH的转录水平和蛋白水平上升，并依赖UVR8活性。进一步研究发现，在拟南芥花序茎中UV-B辐照侧的类黄酮合成基因的激活和类黄酮的积累；GA2氧化酶表达增加导致赤霉素水平降低，DELLA蛋白RGA的积累；生长素转运调节因子PINOID表达增加导致生长素信号减弱。

图1  Phototropic response of Arabidopsis inflorescence stems under unilateral UV-B irradiation

综上所述，本研究揭示了一种独立于向光素的花序茎向光性机制—— UVR8介导的多重激素调节UV-B照射侧差异生长机制（图2）。单侧UV-B照射引起茎部辐照侧UVR8活性上升，抑制了赤霉素的生物合成并改变生长素向辐照侧的转运，花序茎两侧差异生长，从而导致花序茎向UV-B源弯曲。

图2 Model for seedling and inflorescence stem bending to unilateral UV-B radiation

参考文献

[1] Chen, M., Chory, J., and Fankhauser, C. (2004). Light signal transduction in higher plants. Annual review of genetics 38, 87-117.

[2] Serrano, A.M., Arana, M.V., Vanhaelewyn, L., Ballare, C.L., Van Der Straeten, D., and Vandenbussche, F. (2018). Following the star: Inflorescence heliotropism. Environ Exp Bot 147, 75-85. 

[3] Galvao, V.C., and Fankhauser, C. (2015). Sensing the light environment in plants: photoreceptors and early signaling steps. Current opinion in neurobiology 34, 46-53. 

[4] Rizzini, L., Favory, J.J., Cloix, C., Faggionato, D., O'Hara, A., Kaiserli, E., Baumeister, R., Schafer, E., Nagy, F., Jenkins, G.I., and Ulm, R. (2011). Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 Protein. Science 332, 103-106. 

[5] Vandenbussche, F., Tilbrook, K., Fierro, A.C., Marchal, K., Poelman, D., Van Der Straeten, D., and Ulm, R. (2014). Photoreceptor-mediated bending towards UV-B in Arabidopsis. Molecular plant 7, 1041-1052. 

原文链接：

www.plantcell.org/content/early/2019/07/09/tpc.18.00929