在通過暗形態(tài)建成突破土壤覆蓋后，黃化幼苗將在光信號的誘導(dǎo)下完成轉(zhuǎn)綠(greening) ， 進而 進入光合自養(yǎng)階段。在模式植物擬南 芥 中，葉綠素積累和葉綠體成熟是黃化幼苗 順利 轉(zhuǎn)綠的顯著標(biāo)志。 這一過程中 ，黃化幼苗中積累的原葉綠素酸酯( Pchlide ) 在光照下由 光依賴型的 NADPH: 原葉綠素酸酯氧化還原酶 (LPORs) 催化， 還原 為葉綠素酸酯 ( Chlide ， chlorophyll a 的直接前體 ) ，是葉綠素合成的關(guān)鍵步驟。若 Pchlide 積累量和 LPORs 催化能力之間的平衡被打破，將會引 發(fā)光氧化損傷導(dǎo)致 黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠失敗 。 對 水稻和高粱等 作物而言， 轉(zhuǎn)綠 效率 直接影響其出苗率和光能利用率，具有 重要農(nóng)業(yè)價值 。因此，解析黃化幼苗出土見光轉(zhuǎn)綠的調(diào)控機制，不僅將深化我們對植物在快速光暗環(huán)境變化下適應(yīng)性的認(rèn)知，還能為培育高轉(zhuǎn)綠效率的作物提供理論基礎(chǔ)。

南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院郭紅衛(wèi)課題組長期致力于氣體激素乙烯在調(diào)控植物黃化幼苗破土和見光轉(zhuǎn)綠過程中相關(guān)機制的研究。 近年來郭紅衛(wèi)課題組還率先報道了 HLS1 蛋白的乙酰化 酶活性 (Huang et al., 2023 Plant Cell ； Guo et al., 2023 Plant J. ) 。 近日，該課題組通過 分子遺傳學(xué)、 分子生物學(xué) 和 生物化學(xué)等 方法 詳細(xì) 闡明了 擬南 芥 HLS1 介 導(dǎo)乙烯信號促進黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠過程的分子機制 。研究 成 果以 “Arabidopsis HOOKLESS1acts as a histone acetyltransferase to promote cotyledon greening during seedlingde-etiolation”為 題 發(fā)表在國際權(quán)威期刊 PNAS 上 。

黃化幼苗的見光轉(zhuǎn)綠過程受到多種內(nèi)、外源因素的共同調(diào)控。研究表明，乙烯信號依賴于其下游核心轉(zhuǎn)錄因子 EIN3 (ETHYLENE INSENSITIVE 3) / EIL1 (EIN3-LIKE 1) 顯著地 促進黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠過程。因此，深入研究 EIN3/EIL1 介 導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，將有助于闡明復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)控黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠過程的具體分 子機制。此外，盡管已有研究表明組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶參與光響應(yīng)基因的表達調(diào)控，但建立黃化幼苗轉(zhuǎn)綠過程中組蛋白乙酰化修飾的關(guān)鍵酶仍不清楚。

該研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典的暗形態(tài)建成調(diào)控因子HOOKLESS1（ HLS1 ）依賴于其乙酰轉(zhuǎn)移酶活性促進擬南 芥 黃化幼苗的見光轉(zhuǎn)綠過程。 轉(zhuǎn)錄組 測序分析（ mRNA-seq ）表明， HLS1 顯著促進黃化幼苗中轉(zhuǎn) 綠相關(guān) 基因的轉(zhuǎn)錄激活。分子生化實驗表明 HLS1 在體外可直接乙酰化組蛋白 H3 ，并在體內(nèi)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)綠相關(guān)基因 附近 組蛋白乙酰化修飾。此外， HLS1 介 導(dǎo)的組蛋白乙酰化修飾有利于 乙烯信號轉(zhuǎn)錄因子 EIN3 結(jié)合靶基因，進而確保轉(zhuǎn)綠相關(guān)基因的表達。因此，HLS1介導(dǎo)的組蛋白乙酰化修飾很可能是黃化幼苗整合內(nèi)外源刺激并確保見光轉(zhuǎn)綠過程的關(guān)鍵機制。

圖 1：圖中上方卡通圖片示意在野生型黃化幼苗（上）和hls1-1突變體黃化幼苗（下）見光轉(zhuǎn)綠過程的模式圖。在野生型中，HLS1蛋白可以促進轉(zhuǎn)綠相關(guān)基因附近組蛋白乙酰化水平的升高，有助于乙烯信號核心轉(zhuǎn)錄因子EIN3/EIL1結(jié)合到這些基因的啟動子區(qū)域，從而促進轉(zhuǎn)綠相關(guān)基因的表達，最終確保黃化幼苗順利完成見光轉(zhuǎn)綠過程。

綜上，該研究詳盡闡述了擬南芥HLS1蛋白促進黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠的分子機制。結(jié)合之前的研究成果，郭紅衛(wèi)課題組系統(tǒng)性地描繪了黃化幼苗見光轉(zhuǎn)綠過程的分子機制。

南方科技大學(xué)生物系 郭紅衛(wèi) 教授課題組博士后 彭 旸 和 彭滔 為該論文的共同第一作者， 郭紅衛(wèi)教授 和 王益川 高級工程師為論文共同通訊作者； 郭紅衛(wèi) 課題組博士研究生 初奕杉 、研究助理教授 嚴(yán)維 、本科生 姚潤祎 、工程師 溫興 、博士后 裘喻平 、博士研究生 王孟 、碩士研究生 陳小倩 、研究助理 肖志娜 、 張丹 、 尹竹君 也參與了本研究工作。該研究中所使用 ChIP -seq 實驗技術(shù)得到了南方科技大學(xué)生物系 吳柘 副教授的大力支持。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、新基石實驗室基金、廣東省植物細(xì)胞工廠分子設(shè)計重點實驗室基金、 深圳市科創(chuàng)委 的資助。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2425647122