光合作用被称为地球上最重要的生化反应，它利用太阳光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。植物叶绿体中的光系统II（PSII）可以直接捕获光能并完成水的光解和质体醌的还原，对于光合作用的开启至关重要。值得关注的是，光作为一种重要的环境因子，既可以作为能量供给光合作用，同时还可以作为信号调节植物生长发育。尽管目前对于PSII组成及结构的研究不断深入，但其生物发生及功能维持的光调节机制仍不清楚。
2020年5月22日，广州中医药大学药用植物生理生态研究院研究人员在Plant Physiology在线发表了题为“Light Signaling-Dependent Regulation of Photosystem II Biogenesis and Functional Maintenance”的研究论文，揭示了光信号调节PSII生物发生及功能维持的分子机制。
研究人员前期研究发现PSII核心蛋白D1翻译调控因子LPE1与HCF173相互作用，协同参与调控PSII的生物发生。更有趣的是，HCF173的表达受到光诱导调控（PNAS, 2018），但相关机制并不清楚。本研究发现，HCF173的表达、D1蛋白的积累以及PSII活性，同时受到远红光、红光、蓝光的诱导。在蓝光条件下，蓝光受体CRY1发挥主要作用；在红光条件下，红光受体PhyB发挥主要作用；在远红光条件下，远红光受体PhyA发挥主要作用；在白光条件下，红光、远红光、蓝光受体协同发挥作用。进一步研究发现，不同光受体通过转录因子HY5参与不同光质条件下HCF173的表达，进而促进D1蛋白的合成以及PSII的生物发生。HY5可以通过ACE和G-box元件直接与HCF173启动子结合，激活HCF173的启动子活性。
值得注意的是，HY5还调节PSII组装和修复相关基因的表达，包括ALB3, HCF136, PAM68, HHL1,LQY1等。HY5直接与组装修复相关基因启动子中的ACE基序和G-box顺式元件结合并调节其活性，进而参与光损伤条件下PSII的修复及功能维持。更有趣的是，进一步研究发现，HY5介导的光信号途径广泛参与多个光系统相关基因的表达，进而调节不同光条件下的光合效率。该研究建立了光受体介导的光信号途径和PSII功能调控之间的互作关系，为理解PSII功能的光调节机制提供了新的见解。
广州中医药大学靳红磊教授为本论文的通讯作者，李雪博士（中山大学2020届博士研究生）为第一作者，王宏斌教授参与指导了本项研究，相关工作得到了国家自然科学基金、农业部转基因专项、广东省特支计划等的资助。
论文链接：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/05/21/pp.20.00200
广州中医药大学药用植物生理生态研究院简介：广州中医药大学药用植物生理生态研究院成立于2019年，是一个朝气蓬勃的新生科研团队。学术带头人为王宏斌教授（国家杰出青年基金获得者、万人计划科技创新领军人才），凝聚了一批来自国内外知名科研机构的优秀青年研究人员，形成了“组学解析”-“光合生理”-“代谢与合成生物学”-“遗传育种”全链条研究体系。研究院主要开展重要资源创新研究，重点解析大宗或珍稀濒危药用植物活性成分的生物合成途径并揭示其形成分子机制；挖掘药用植物功能基因，通过分子育种培育药效成分含量高的具有优良农艺性状的药用植物新品种。本研究院热忱欢迎海内外有志于中药资源创新研究的青年才俊加盟！
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