乙酰化修飾調控植物向光性分子機制獲揭示

近日，中國科學院華南植物園研究員劉勛成團隊在國家自然科學基金和廣東省科技計劃等項目的資助下，研究揭示了乙酰化修飾調控植物向光性分子機制。相關成果發表于《植物通訊》（Plant Communications）。

分子模式：HDA9介導phot1乙酰化-磷酸化動態平衡調控植物向光性。研究團隊供圖

植物的向光性是一種關鍵的環境適應性機制，使其能通過調整生長方向來優化對光能的捕獲，提升光合效率并促進生長發育。向光素phototropin 1（phot1）作為核心的光受體，介導了植物對藍光的感知和向光性反應。盡管已有的研究鑒定了phot1下游信號通路組成和功能，但連接光信號與phot1激酶活性的關鍵調控因子至今仍未被發現。

研究人員鑒定發現phot1上多個保守的賴氨酸位點發生乙酰化修飾，并證實第636賴氨酸位點的乙酰化修飾調控phot1的自磷酸化與激酶活性，影響植物的向光性反應；遺傳表型篩選發現賴氨酸去乙酰化酶HDA9為調控植物向光性和phot1活性的關鍵上游因子；生化分析證實HDA9去乙酰化phot1促進其磷酸化，而照光后phot1與HDA9互作減弱，phot1乙酰化增加抑制其磷酸化激活；最后，研究證實該"乙酰化-磷酸化協同調控"作用在不同物種如番茄、煙草和花生中具有高度的保守性，凸顯該機制在植物向光性信號轉導途徑中的廣泛性與重要性。

基于以上結果，研究人員提出乙酰化修飾連接光信號和phot1激活的分子模式：在感知環境光信號后，phot1快速發生磷酸化修飾，進而激活其信號轉導功能，同時顯著降低phot1與HDA9的結合能力。隨后，在未知乙酰轉移酶的作用下，乙酰化修飾的phot1逐漸積累，減弱光信號的傳導。該機制通過抑制phot1過度磷酸化來防止光信號過度放大。這種“乙酰化-去乙酰化修飾”循環調控模塊構成了精確的分子制動系統微調向光性信號轉導強度，從而確保植物獲得最佳生長響應。這種獨特的模式展示了植物光信號轉導途徑的高度精確性和可塑性。

該研究為農作物的光適應性和光能高效利用遺傳育種提供了新的理論基礎。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101424