发布人:     发布日期: 2026-08-07    浏览次数:

近日，南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室许冬清教授课题组在《Current Biology》学术期刊上发表了题为“The E3 ubiquitin ligase LOP1 targets PIF4 to control plant morphogenesis”的研究论文，揭示了光信号调控植物株型建成的机制。

植物如何"感知"光照并调整自己的生长形态是一个未知的复杂科学问题。研究发现，一个名为LOP1的蛋白如同植物生长的"刹车系统"，与光受体phyB及关键调控因子PIF4形成精密的"双向调控环路"，为理解光信号如何塑造植物株型提供了新的分子框架。

光不仅是植物光合作用的能量来源，更是调控其生长发育的核心环境信号。从种子萌发到株型建成，植物的一生都在不断"读取"光信号并做出相应调整。然而，光信号如何精确控制植物形态发生的分子机制，长期以来仍是未解之谜。

在这项最新研究中，科研团队将目光聚焦于LONG PETIOLE 1（LOP1）蛋白。研究发现，LOP1是植物形态发生的负调控因子——简单来说，它扮演着抑制植物过度伸长生长的"刹车"角色。这一"刹车系统"与植物的红光受体光敏色素B（phyB）存在直接的物理相互作用，两者在蛋白质水平上形成一个正反馈环路，共同维持信号传递的稳定性。

深入机制研究表明，LOP1本身是一种RING指E3泛素连接酶，能够像"分子标签机"一样，直接给PIF4蛋白打上泛素"标签"，使其被细胞的蛋白酶体识别并降解。PIF4是促进植物伸长生长的关键因子，因此LOP1通过降解PIF4来抑制形态发生。

研究团队还发现这一调控并非单向进行。PIF4能够直接结合到LOP1基因启动子区域的G-box顺式作用元件上，激活LOP1的转录表达。这意味着：PIF4促进生长，而生长促进因子又会激活抑制生长的LOP1；LOP1则通过降解PIF4来限制生长。两者之间形成了一个相互制约的负反馈环路，如同精密的"分子天平"，确保植物形态发育处于精确可控的状态。

Figure 1. Schematic model of phyB-LOP1-PIF4-mediated architectural development

该研究首次系统阐明了LOP1-phyB-PIF4模块通过蛋白互作与转录调控的双重环路来整合光信号的分子机制。这一"拮抗性调控框架"不仅回答了光信号如何精细调节植物株型的基础科学问题，也为未来通过分子育种手段改良作物株型、提高光能利用效率提供了重要的理论依据和潜在靶点。

南京农业大学钟山青年研究员宋昭庆博士、赵峰月博士和博士研究生边叶挺为论文第一作者；许冬清教授为论文通讯作者；浙江大学农业与生物技术学院董杰教授对该工作进行了指导和帮助。本研究得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目资助。