陽(yáng)光不僅是地球的能量源，也是指導(dǎo)植物生長(zhǎng)的環(huán)境信號(hào)。植物對(duì)光的敏感性引起了科學(xué)家的強(qiáng)烈興趣，了解植物對(duì)光和溫度的敏感性能幫助改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為人類提供更多的糧食。近日，卡內(nèi)基研究院王志勇教授的實(shí)驗(yàn)室在Nature Cell Biology雜志上連發(fā)兩篇文章，揭示了植物應(yīng)對(duì)光和熱環(huán)境改變的激素效應(yīng)的關(guān)鍵因素。為了獲得*光照，植物必須依據(jù)光照條件改變其生長(zhǎng)。例如，種子在地下發(fā)芽，需要快速伸長(zhǎng)莖以到達(dá)土壤表面；當(dāng)植物被鄰居遮擋了光照，就會(huì)使莖生長(zhǎng)得更高來競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)光；而在*的日照下，植物則優(yōu)先展開葉片。與所有生物一樣，植物生長(zhǎng)和發(fā)育也受到被稱為激素的體內(nèi)化學(xué)信號(hào)的調(diào)節(jié)。植物如何協(xié)調(diào)其對(duì)于光照和激素信號(hào)的應(yīng)答，是科學(xué)家感興趣的主要問題之一。了解植物整合多種環(huán)境和激素信號(hào)的核心調(diào)控機(jī)制，有望幫助人們提高農(nóng)作物產(chǎn)量。而這一核心調(diào)控機(jī)制正是王志勇教授實(shí)驗(yàn)室這兩篇文章的焦點(diǎn)。光介導(dǎo)的黃化到去黃化的轉(zhuǎn)變已經(jīng)被廣泛研究了多年。15年前正是這一研究發(fā)現(xiàn)了甾醇類激素油菜素內(nèi)酯brassinosteroid，這種物質(zhì)在植物界廣泛存在，并調(diào)控生長(zhǎng)和發(fā)育的多個(gè)方面。油菜素內(nèi)酯的生理效應(yīng)與另一種激素赤霉素相似。但人們還不了解這兩種激素在分子水平上的。這項(xiàng)研究闡明了油菜素內(nèi)酯調(diào)節(jié)基因表達(dá)的分子通路，并發(fā)現(xiàn)了這兩種激素的。眾

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這兩篇文章描述了油菜素內(nèi)酯的信號(hào)通路與光、溫度、赤霉素信號(hào)分子通路的關(guān)鍵性交叉。揭示了多種環(huán)境和激素信號(hào)調(diào)控植物生長(zhǎng)和發(fā)育的方式。也揭示了一個(gè)整合多種信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)調(diào)控的“指揮系統(tǒng)”。此前普遍的觀點(diǎn)是，環(huán)境信號(hào)影響內(nèi)源激素來調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，而王教授的研究發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的現(xiàn)象，光照并不影響油菜素內(nèi)酯。相反，油菜素內(nèi)酯對(duì)植物光敏性有重要影響，不僅對(duì)介導(dǎo)光響應(yīng)的蛋白水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，還提供了一個(gè)必要的轉(zhuǎn)錄因子PIF4。油菜素內(nèi)酯激活的BZR1蛋白和暗穩(wěn)定的PIF4蛋白組成了一個(gè)復(fù)合體，促使黃化過程所需的基因表達(dá)。PIF4的光照失活或BZR1缺失，會(huì)引起去黃化和抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)。研究顯示，已知由PIF4介導(dǎo)的高溫生長(zhǎng)效應(yīng)，也需要BZR1-PIF4復(fù)合體的形成。油菜素內(nèi)酯和赤霉素是高等植物中誘導(dǎo)類似生長(zhǎng)效應(yīng)的主要生長(zhǎng)促進(jìn)激素。研究顯示赤霉素的細(xì)胞伸長(zhǎng)效應(yīng)依賴于細(xì)胞核中油菜素內(nèi)酯和活性BZR1蛋白的存在。這是因?yàn)槌嗝顾厥峭ㄟ^去除使BZR1失活的抑制蛋白DELLA，使BZR1調(diào)控基因表達(dá)更有效來起作用。如果沒有油菜素內(nèi)酯和BZR1，赤霉素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)幾乎沒有影響。研究顯示油菜素內(nèi)酯為細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)提供了必要因子，而赤霉素對(duì)這一因子的活性進(jìn)行量化控制。赤霉素會(huì)受到光照和壓力等環(huán)境條件的影響，而不同器官中的油菜素內(nèi)酯水平相差很大。PIF4、DELLA和BZR1的相互作用形成了一個(gè)“指揮系統(tǒng)”，有效將環(huán)境條件、內(nèi)源條件和發(fā)育程序整合起來，形成控制植物生長(zhǎng)的“指令”。“這一指揮系統(tǒng)不僅能接受多種信號(hào)，同時(shí)也應(yīng)該能輸出信號(hào)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的各組分既相互依賴地作用于同一目標(biāo)，也能獨(dú)立作用于不同的目標(biāo)基因，”王教授說。“這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)層面，控制著植物生長(zhǎng)和發(fā)育的主要過程，我們相信該網(wǎng)絡(luò)將成為提高農(nóng)作物產(chǎn)量的基因工程的重要靶點(diǎn)。”

來源：生物通