Pengyu Song, Zidan Yang, Can Guo, Run Han, Huaichang Wang, Jie Dong, Dingming Kang, Yan Guo, Shuhua Yang, Jigang Li* (2022) 14-3-3 proteins regulate photomorphogenesis by facilitating light-induced degradation of PIF3. New Phytol., https://doi.org/10.1111/nph.18494

        近日，New Phytologist杂志在线发表了中国农业大学生物学院/植物生理学与生物化学国家重点实验室李继刚课题组题为“14-3-3 proteins regulate photomorphogenesis by facilitating light-induced degradation of PIF3”的研究论文。该研究揭示了14-3-3蛋白通过促进PIF3的磷酸化和降解，调控植物光形态建成的分子机制。
        光敏色素B (phytochrome B, phyB) 是植物中的主要红光 (R) 受体。红光照射后phyB激活，转变成有活性的Pfr形式，并从细胞质转移到细胞核中，与转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) 相互作用。PIFs是植物光形态建成的关键负调控因子，phyB与PIFs互作后会引起PIFs的快速磷酸化和降解，解除PIFs对光形态建成的抑制作用 (Li et al., 2011)。PIF3是最早发现的PIFs家族成员(Ni et al., 1998)，先前的研究表明phyB能够招募蛋白激酶PHOTOREGULATORY PROTEIN KINASES (PPKs) 与PIF3形成phyB-PIF3-PPK三分子复合体，介导PIF3在照光之后的快速磷酸化 (Ni et al., 2017)。14-3-3s是高度保守并在真核生物中普遍存在的一类调节蛋白，能够结合磷酸化的目标蛋白。但是，14-3-3s在植物光信号转导中的作用并不清楚。
        在该研究中，李继刚课题组通过酵母双杂交互作验证，发现两个14-3-3s成员λ与κ能够与PIF3相互作用，并且PIF3 bHLH结构域上第344位丝氨酸对于14-3-3λ/κ与PIF3的互作起关键作用。表型分析结果显示，14-3-3λ/κ双突变体在各种光下的下胚轴比野生型长，表明14-3-3λ/κ是光形态建成的正调控因子。此外，14-3-3λ/κ的基因表达受光调控，而且有意思的是光能够迅速诱导14-3-3λ蛋白的磷酸化。进一步研究表明，14-3-3λ/κ与被PPKs磷酸化后的PIF3互作更强。蛋白免疫印迹实验结果表明，照射红光后14-3-3λ/κ促进PIF3在体内的磷酸化和降解，且该调控功能依赖于PPKs对PIF3 S344位点的磷酸化。
        该研究还发现14-3-3λ/κ能够与phyB互作，且与Pfr形式的phyB互作更强，并且能够促进照光之后phyB在细胞核中的积累。更重要的是，14-3-3λ/κ能够促进PIF3-PPK及PIF3-phyB的互作，从而促进照光之后phyB-PIF3-PPK三分子复合体的形成。综上, 本研究发现14-3-3λ/κ能够与磷酸化的PIF3和光激活的phyB互作, 并促进phyB-PIF3-PPK三分子复合体的形成, 从而促进PIF3在照光之后快速磷酸化和降解。该研究揭示了14-3-3s调控植物光形态建成的分子功能, 为进一步解析复杂且精细的光信号调控网络提供了新的见解。


图1. 14-3-3λ/κ调控植物光形态建成的工作模式图

        在黑暗下，phyB以Pr形式位于细胞质中，PIF3的S344位点可能会被PPKs磷酸化，而14-3-3λ/κ能够结合磷酸化的S344位点。红光照射后，phyB转变为有活性的Pfr形式并进入细胞核中，与PIF3和PPKs形成phyB-PIF3-PPK三分子复合体，而14-3-3λ/κ促进phyB在细胞核中积累，并促进phyB-PIF3-PPK三分子复合体的形成, 从而促进PIF3在照光之后快速磷酸化和降解。
        李继刚教授课题组宋鹏宇博士与博士研究生杨紫丹为该论文的共同第一作者，李继刚教授为通讯作者，中国农业大学生物学院郭岩教授、杨淑华教授和农学院康定明教授、浙江大学董杰教授也合作参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金的经费支持。

参考文献：
Li J, Li G, Wang H, Deng XW. 2011. Phytochrome signaling mechanisms. Arabidopsis Book 9: e0148.
Ni M, Tepperman JM, Quail PH. 1998. PIF3, a phytochrome-interacting factor necessary for normal photoinduced signal transduction, is a novel basic helix-loop-helix protein. Cell 95: 657-667.
Ni W, Xu SL, Gonzalez-Grandio E, Chalkley RJ, Huhmer AFR, Burlingame AL, Wang ZY, Quail PH. 2017. PPKs mediate direct signal transfer from phytochrome photoreceptors to transcription factor PIF3. Nature Communications 8: 15236.