文章題目(mu)：The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth

深圳大學在《Cell》上(shang)發表了(le)藍光受體(ti)CRY2在黑暗中(zhong)可以抑制根系生(sheng)長(chang)的研究(jiu)成果，影(ying)響因子(zi)45.5。本(ben)研究(jiu)中(zhong)chip-seq檢測及(ji)部(bu)分(fen)數據分(fen)析工作均由上(shang)海(hai)派(pai)森諾(nuo)生(sheng)物(wu)科技股份有(you)限(xian)公司完成。

01、研(yan)究背(bei)景

隱(yin)花色素（CRY）是(shi)植物中(zhong)普(pu)遍存在(zai)的(de)(de)(de)藍(lan)(lan)光(guang)受體，廣泛(fan)參與(yu)在(zai)植物的(de)(de)(de)生(sheng)長和發育過程中(zhong)，包括光(guang)周(zhou)期調控、形態建成、以(yi)及對(dui)光(guang)和其它環(huan)境(jing)(jing)信(xin)號的(de)(de)(de)響(xiang)應。CRY在(zai)黑暗(an)條(tiao)(tiao)件中(zhong)作(zuo)(zuo)為單體存在(zai)，在(zai)藍(lan)(lan)光(guang)下(xia)(xia)寡聚化與(yu)各信(xin)號轉導蛋白相互(hu)作(zuo)(zuo)用以(yi)發揮功能。然而(er)，CRY在(zai)黑暗(an)條(tiao)(tiao)件下(xia)(xia)是(shi)否(fou)具有(you)功能，是(shi)否(fou)存在(zai)藍(lan)(lan)光(guang)抑制的(de)(de)(de)CRY互(hu)作(zuo)(zuo)方(fang)式目前都尚不(bu)清楚。本研通(tong)過探(tan)討CRY2在(zai)黑暗(an)條(tiao)(tiao)件下(xia)(xia)對(dui)根尖分生(sheng)組(zu)織(zhi)細胞(bao)分裂的(de)(de)(de)調控，探(tan)索其新的(de)(de)(de)非(fei)典(dian)型(xing)功能，重點研究CRY2在(zai)非(fei)藍(lan)(lan)光(guang)條(tiao)(tiao)件下(xia)(xia)對(dui)植物生(sheng)長的(de)(de)(de)影響(xiang)，從而(er)豐富對(dui)CRY2在(zai)不(bu)同光(guang)環(huan)境(jing)(jing)下(xia)(xia)功能的(de)(de)(de)認識。

02、技術路線

03、研究(jiu)內容

CRY2在黑(hei)暗環境下影響(xiang)基因表(biao)達(da)

之(zhi)前的(de)(de)研究(jiu)表明CRY2在(zai)(zai)紅(hong)光(guang)或黑(hei)暗(an)條(tiao)件下也會影響基因的(de)(de)表達(da)。作(zuo)者(zhe)測定了暗(an)培養(yang)的(de)(de)5日(ri)齡(ling)野生型（WT）和(he)cry2突(tu)變體的(de)(de)轉錄(lu)組并對其進行差異表達(da)分析(xi)（圖(tu)1A）及GO富集分析(xi)（圖(tu)1B）以及部分定量驗(yan)證（圖(tu)1D-F），發現CRY2在(zai)(zai)黑(hei)暗(an)中參與(yu)多種生物過程。后續作(zuo)者(zhe)又將暗(an)培養(yang)的(de)(de)5日(ri)齡(ling)幼(you)苗轉移(yi)到藍光(guang)下30 min后的(de)(de)轉錄(lu)組數據與(yu)其相比，發現CRY2在(zai)(zai)黑(hei)暗(an)中的(de)(de)差異表達(da)強于藍光(guang)下的(de)(de)差異表達(da)。

圖(tu)1 CRY2在黑(hei)暗環境下(xia)影響基因表達

CRY2主要通過(guo)調節(jie)細胞分裂來調控(kong)在(zai)黑暗條件(jian)下根的發育

由于CRY2在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗中(zhong)對(dui)基因轉錄(lu)(lu)存在(zai)(zai)(zai)明(ming)顯(xian)的(de)(de)影(ying)響，作(zuo)(zuo)者認為黑(hei)(hei)暗條件下(xia)也可能(neng)會存在(zai)(zai)(zai)明(ming)顯(xian)的(de)(de)表(biao)(biao)型。作(zuo)(zuo)者在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗和藍(lan)光(guang)下(xia)進(jin)行了cry2和WT的(de)(de)表(biao)(biao)型分(fen)析(xi)。在(zai)(zai)(zai)無藍(lan)光(guang)條件下(xia)，CRY2抑制(zhi)根的(de)(de)延(yan)長生長，并且藍(lan)光(guang)可以減(jian)弱這一抑制(zhi)作(zuo)(zuo)用（圖(tu)(tu)(tu) 2A-D）。在(zai)(zai)(zai)cry2過(guo)表(biao)(biao)達(da)中(zhong)回補CRY2出現類(lei)似的(de)(de)表(biao)(biao)型（圖(tu)(tu)(tu)S2C-E）。cry2突變體(ti)在(zai)(zai)(zai)根尖分(fen)生區有更多細胞(bao)分(fen)裂(lie)活動，尤其在(zai)(zai)(zai)暗環(huan)境(jing)下(xia)表(biao)(biao)現更為明(ming)顯(xian)（圖(tu)(tu)(tu)2E-圖(tu)(tu)(tu)2I）；同時(shi)CRY2在(zai)(zai)(zai)暗環(huan)境(jing)中(zhong)抑制(zhi)與DNA復制(zhi)和細胞(bao)分(fen)裂(lie)相關基因的(de)(de)表(biao)(biao)達(da)（圖(tu)(tu)(tu)2K-L），這種抑制(zhi)作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)(zai)藍(lan)光(guang)條件下(xia)被減(jian)弱，表(biao)(biao)明(ming)CRY2主要在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗環(huan)境(jing)中(zhong)通(tong)過(guo)抑制(zhi)細胞(bao)分(fen)裂(lie)相關基因的(de)(de)轉錄(lu)(lu)來調控根系發育(yu)。

圖2 CRY2主要通過(guo)調(diao)節(jie)細胞分裂(lie)來調(diao)控在黑暗條(tiao)件下根的發育

CRY2與FL1和FL3發(fa)生物理相互作(zuo)(zuo)用(yong)，這(zhe)些相互作(zuo)(zuo)用(yong)受到藍光的抑制(zhi)

作(zuo)(zuo)者認為(wei)還存在(zai)(zai)(zai)其它(ta)蛋白(bai)(bai)通過(guo)藍光(guang)(guang)抑(yi)制的(de)方式(shi)(shi)與(yu)CRY2互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)來(lai)調節(jie)根系生(sheng)長(chang)，因此作(zuo)(zuo)者進行了(le)(le)酵母雙(shuang)雜(za)篩庫、免(mian)疫(yi)共(gong)沉淀以(yi)及質譜來(lai)鑒定(ding)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)條件下(xia)(xia)(xia)CRY2的(de)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)蛋白(bai)(bai)，只(zhi)有(you)當(dang)細(xi)胞轉(zhuan)移到黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)時，相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)才會(hui)加強，而在(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)則不(bu)會(hui)（圖3A）。這(zhe)些(xie)結(jie)(jie)果表明(ming)，CRY2以(yi)藍光(guang)(guang)抑(yi)制的(de)方式(shi)(shi)與(yu)FL1和(he)(he)FL3發生(sheng)物理相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。YFP-FL1和(he)(he)YFP-FL3與(yu)CRY2-mCherry共(gong)同定(ding)位(wei)在(zai)(zai)(zai)瞬時轉(zhuan)基因煙草(cao)葉(xie)片的(de)細(xi)胞核中(zhong)(zhong)（圖3B）。YFP-FL3更傾向于定(ding)位(wei)在(zai)(zai)(zai)核膜上，這(zhe)表明(ming)FL1和(he)(he)FL3之(zhi)間存在(zai)(zai)(zai)區別。雙(shuang)分(fen)子熒光(guang)(guang)互(hu)(hu)補（BiFC）試驗(yan)證實(shi)了(le)(le)CRY2與(yu)FL1/FL3在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)的(de)物理相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)（圖3C）。在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)條件下(xia)(xia)(xia)進行的(de)分(fen)光(guang)(guang)熒光(guang)(guang)素酶（split-LUC）檢(jian)(jian)測(ce)中(zhong)(zhong)，檢(jian)(jian)測(ce)到與(yu)cLUC-CRY2和(he)(he)FL1-nLUC或FL3-nLUC構(gou)(gou)建體(ti)共(gong)同浸(jin)潤的(de)葉(xie)片有(you)強烈的(de)化(hua)學發光(guang)(guang)。在(zai)(zai)(zai)昆蟲細(xi)胞中(zhong)(zhong)表達的(de)重組(zu)CRY2與(yu)大(da)腸桿菌表達的(de)融合(he)了(le)(le)FL1或FL3的(de)麥芽(ya)糖結(jie)(jie)合(he)蛋白(bai)(bai)（MBP）在(zai)(zai)(zai)體(ti)外(wai)牽引(yin)試驗(yan)中(zhong)(zhong)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)與(yu)CRY2一起被牽引(yin)下(xia)(xia)(xia)來(lai)的(de)FL1或FL3比在(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)多(duo)（圖3D）。共(gong)免(mian)疫(yi)沉淀法證實(shi)了(le)(le)CRY2和(he)(he)FL1/FL3的(de)體(ti)內相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)（圖3E和(he)(he)3F）。此外(wai)在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)用(yong)(yong)(yong)蛋白(bai)(bai)酶體(ti)抑(yi)制劑MG132處(chu)理幼(you)苗，以(yi)阻(zu)斷(duan)藍光(guang)(guang)依(yi)賴性CRY2降解，然后將幼(you)苗暴露于藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)30分(fen)鐘(zhong)或在(zai)(zai)(zai)收獲前(qian)將其置于黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)。在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)中(zhong)(zhong)保存的(de)樣品中(zhong)(zhong)，CRY2與(yu)FL1-GFP和(he)(he)FL3-FLAG共(gong)沉淀。相(xiang)(xiang)比之(zhi)下(xia)(xia)(xia)，在(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)處(chu)理的(de)樣品中(zhong)(zhong)，幾乎沒有(you)CRY2與(yu)FL1-GFP和(he)(he)FL3-FLAG共(gong)沉淀（圖3E-G）。FL1/FL3的(de)N末端(duan)（FL1N和(he)(he)FL3N）而非C末端(duan)（FL1C和(he)(he)FL3C）與(yu)CRY2相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，而且(qie)這(zhe)種(zhong)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)黑(hei)(hei)暗(an)(an)(an)(an)和(he)(he)藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)都(dou)會(hui)發生(sheng)，這(zhe)表明(ming)FL1/FL3主要通過(guo)其N末端(duan)與(yu)CRY2相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，而C末端(duan)的(de)立(li)體(ti)阻(zu)礙(ai)可(ke)能會(hui)抑(yi)制藍光(guang)(guang)下(xia)(xia)(xia)的(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。只(zhi)有(you)含有(you)整個PHR結(jie)(jie)構(gou)(gou)域(yu)的(de)CRY2片段（即CRY2N489、CRY2N565和(he)(he)全(quan)長(chang)CRY2）才能與(yu)FL1相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)（圖3H），這(zhe)表明(ming)CRY2至(zhi)少(shao)在(zai)(zai)(zai)酵母中(zhong)(zhong)是通過(guo)PHR結(jie)(jie)構(gou)(gou)域(yu)與(yu)FL1相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)。

圖(tu)3 CRY2與FL1和(he)FL3發生(sheng)物理(li)相互(hu)作(zuo)(zuo)用，這些相互(hu)作(zuo)(zuo)用受到藍光的抑(yi)制

FLs通過(guo)調(diao)節細胞分裂(lie)來(lai)調(diao)控(kong)根在藍光環境(jing)下的(de)發育

屬于擬南(nan)芥中的FL家族，可能(neng)在(zai)根(gen)的伸長方面具有(you)潛(qian)在(zai)作(zuo)用（圖4A）。作(zuo)者構(gou)建了(le)FL1和(he)FL3單突(tu)變(bian)體(ti)fl1sd、fl3sd和(he)雙突(tu)變(bian)體(ti)fl1sd fl3sd，發(fa)現FL1和(he)FL3屬于功能(neng)冗余蛋白，僅雙突(tu)變(bian)體(ti)fl1sdfl3sd和(he)四突(tu)變(bian)體(ti)flΔ4表(biao)(biao)(biao)現出顯(xian)著(zhu)根(gen)系(xi)發(fa)育缺陷(xian)，且這(zhe)種表(biao)(biao)(biao)型在(zai)藍(lan)光條(tiao)件下(xia)更為顯(xian)著(zhu)。對flΔ4回(hui)補(bu)FL1和(he)FL3，拯救了(le)其根(gen)缺陷(xian)的表(biao)(biao)(biao)型。5 d的flΔ4幼苗(miao)在(zai)黑暗和(he)藍(lan)光下(xia)的根(gen)都短于WT（圖4A-C），表(biao)(biao)(biao)明FL促進(jin)藍(lan)光誘導(dao)的根(gen)伸長。

前文(wen)已經驗證(zheng)過CRY2通過抑制(zhi)根(gen)尖細胞(bao)(bao)分(fen)(fen)裂(lie)從而影響(xiang)根(gen)的(de)伸長(chang)，作者又進一步驗證(zheng)了FL是否也是通過同樣的(de)途徑影響(xiang)根(gen)的(de)表(biao)(biao)型(xing)(xing)。作者檢(jian)測了WT、flΔ4和FL1/FL3-GFPflΔ4根(gen)中的(de)細胞(bao)(bao)分(fen)(fen)裂(lie)情(qing)況(kuang)，與野生(sheng)型(xing)(xing)相(xiang)比，flΔ4突變體在藍(lan)光(guang)下細胞(bao)(bao)分(fen)(fen)裂(lie)活性(xing)較低（圖(tu)4E-4J），過表(biao)(biao)達可以恢復這種表(biao)(biao)型(xing)(xing)。

藍光下生長(chang)(chang)(chang)素(su)合成突變(bian)體yucQ根的伸(shen)長(chang)(chang)(chang)收到抑(yi)制(zhi)，但對flΔ4施加生長(chang)(chang)(chang)素(su)類似物不能(neng)挽救這(zhe)種抑(yi)制(zhi)，表明生長(chang)(chang)(chang)素(su)可能(neng)不參與CRY2-FL依賴性根伸(shen)長(chang)(chang)(chang)機(ji)制(zhi)（圖S5S-T）。

圖4 FLs通過調(diao)節(jie)細(xi)胞分裂來(lai)調(diao)控根在藍光環境下的發育

FL 促進細胞分裂基因的轉錄(lu)

為了(le)確定在(zai)(zai)根伸長過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)受FLs調(diao)控(kong)的(de)(de)(de)下游基(ji)(ji)因，通過(guo)RNA-seq比較了(le)在(zai)(zai)黑(hei)暗中(zhong)(zhong)(zhong)生長5天的(de)(de)(de)幼苗(miao)的(de)(de)(de)WT和flΔ4轉錄(lu)組。1,343個(ge)(ge)(ge)(ge)基(ji)(ji)因在(zai)(zai)WT和flΔ4之間有(you)(you)差異表(biao)達（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5A）。GO分(fen)析表(biao)明(ming)，FLs在(zai)(zai)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)DNA復制(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)發(fa)揮(hui)作用（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5B），這也是CRY2的(de)(de)(de)共同(tong)功能(neng)（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)1B）。為了(le)進(jin)一步剖析上調(diao)和下調(diao)的(de)(de)(de)DEGs，維恩圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)顯示有(you)(you)285個(ge)(ge)(ge)(ge)DEGs重疊(die)（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5C），并在(zai)(zai)熱圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)描繪了(le)一個(ge)(ge)(ge)(ge)子集。其中(zhong)(zhong)(zhong)，120個(ge)(ge)(ge)(ge)DEGs受CRY2抑(yi)制(zhi)而(er)受FLs促進(jin)，136個(ge)(ge)(ge)(ge)DEGs受CRY2誘(you)導(dao)而(er)受FLs抑(yi)制(zhi)（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5C），表(biao)明(ming)CRY2和FLs主要對(dui)89.8%的(de)(de)(de)重疊(die)DEGs發(fa)揮(hui)相反的(de)(de)(de)調(diao)控(kong)作用。這表(biao)明(ming)，在(zai)(zai)大(da)多數對(dui)CRY2和FLs有(you)(you)反應的(de)(de)(de)生物過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，兩者可(ke)能(neng)存在(zai)(zai)拮抗關(guan)(guan)系(xi)。進(jin)一步通過(guo)選擇與(yu)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)相關(guan)(guan)的(de)(de)(de)重疊(die)基(ji)(ji)因生成了(le)熱圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)，這再次表(biao)明(ming)FL蛋(dan)(dan)白促進(jin)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)，而(er)CRY2則抑(yi)制(zhi)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5D）。RT-qPCR證實，FLs能(neng)上調(diao)根中(zhong)(zhong)(zhong)與(yu)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)相關(guan)(guan)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)因（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5E），而(er)不(bu)影響芽。此外，與(yu)WT相比，flΔ4根中(zhong)(zhong)(zhong)藍光(guang)誘(you)導(dao)的(de)(de)(de)MCM3表(biao)達量減少(shao)（圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)5F）。總之，這些結果表(biao)明(ming)FL蛋(dan)(dan)白主要在(zai)(zai)藍光(guang)下通過(guo)調(diao)節細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)裂(lie)相關(guan)(guan)基(ji)(ji)因的(de)(de)(de)表(biao)達來促進(jin)根的(de)(de)(de)伸長。

圖5 FL 促進(jin)細胞(bao)分(fen)裂基因的轉(zhuan)錄

CRY2 通過抑制 FLs 在黑暗中調(diao)控細胞分裂

在(zai)(zai)確定了CRY2和(he)FLs通過調(diao)控(kong)細胞(bao)分(fen)(fen)裂在(zai)(zai)相反的轉錄(lu)方向上(shang)對根的伸長產生(sheng)調(diao)控(kong)影(ying)響（圖5D），并考慮到FL1/FL3在(zai)(zai)黑暗中(zhong)而不是在(zai)(zai)藍光下與CRY2發生(sheng)特異性相互(hu)作(zuo)用（圖3）之后，團隊(dui)(dui)接下來探討了CRY2和(he)FLs之間(jian)的遺傳(chuan)相互(hu)作(zuo)用。團隊(dui)(dui)通過將(jiang)cry2與flΔ4雜(za)交，產生(sheng)了cry2 flΔ4 五倍突變體。在(zai)(zai)cry2 flΔ4 中(zhong)觀察到的長根表(biao)型和(he)分(fen)(fen)裂細胞(bao)增加的現(xian)象得到了緩解（圖6A-6F）。此外，cry2中(zhong)細胞(bao)分(fen)(fen)裂相關基因的上(shang)調(diao)在(zai)(zai)cry2 flΔ4 中(zhong)也有所減弱。在(zai)(zai)土壤中(zhong)長日照條件(jian)下生(sheng)長的幼苗，cry2 flΔ4的根長明(ming)顯(xian)短于(yu)cry2這些發現(xian)表(biao)明(ming)，FLs在(zai)(zai)CRY2的下游發揮作(zuo)用。

然后在(zai)(zai)WT和(he)(he)cry2背景下建立了(le)融合了(le)FLAG標記（FL-FLAG）的(de)(de)FL1和(he)(he)FL3的(de)(de)轉基(ji)因過表達系。在(zai)(zai)黑(hei)暗和(he)(he)藍光(guang)條件下，FL1/FL3-FLAG和(he)(he)FL1/FL3-FLAG cry2 根分別比WT和(he)(he)cry2突變體長(chang)(chang)(chang)，重申(shen)了(le)FL1/FL3對(dui)根生長(chang)(chang)(chang)的(de)(de)促進作(zuo)用(yong)（圖6G和(he)(he)6H）。此外，在(zai)(zai)藍光(guang)和(he)(he)黑(hei)暗之間，FL1/FL3-FLAG的(de)(de)根長(chang)(chang)(chang)變化倍數(shu)高于FL1/FL3-FLAG cry2，這表明CRY2對(dui)FL1/FL3有(you)調控作(zuo)用(yong)。

圖6 FL CRY2 通過抑制 FLs 在黑暗(an)中調控細胞分裂(lie)

CRY2抑制 FL1和FL3與細胞分(fen)裂基因周圍染色質(zhi)的(de)結合

鑒于FLs對細(xi)胞(bao)分(fen)裂相關(guan)基因的(de)上調作用（圖(tu)5），作者推測FLs也可能在轉錄調控(kong)中發揮作用。為了探討這個問(wen)題，團隊利用在藍光（30 mmol photons m-2 s-1）下生(sheng)長(chang)的(de)WT和FL3-FLAG幼苗(miao)進行了染色質免疫沉(chen)淀測序(xu)（ChIP-seq），以研(yan)究FLs與(yu)染色質的(de)潛在關(guan)聯。對不同結合峰(feng)的(de)分(fen)析表明，FLs確實與(yu)染色質中的(de)E2F基序(xu)結合。E2F蛋白家族(zu)由轉錄因子分(fen)子組(zu)成，可調控(kong)與(yu)細(xi)胞(bao)周期(qi)S期(qi)相關(guan)的(de)細(xi)胞(bao)分(fen)裂基因。

ChIP-qPCR顯(xian)(xian)(xian)示，與(yu)(yu)(yu)WT相比，FL1/FL3-FLAG在(zai)(zai)(zai)(zai)細(xi)胞分(fen)(fen)裂(lie)相關(guan)基(ji)因(yin)上(shang)的(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)度(du)(du)(du)明(ming)(ming)顯(xian)(xian)(xian)更(geng)高(gao)（圖7A和7B），這(zhe)驗(yan)證了(le)FLs與(yu)(yu)(yu)細(xi)胞分(fen)(fen)裂(lie)相關(guan)基(ji)因(yin)的(de)(de)染(ran)色(se)質有(you)關(guan)聯。耐(nai)人尋味的(de)(de)是(shi)，FL1/FL3在(zai)(zai)(zai)(zai)根(gen)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)比在(zai)(zai)(zai)(zai)芽中(zhong)(zhong)(zhong)更(geng)明(ming)(ming)顯(xian)(xian)(xian)，盡(jin)管根(gen)中(zhong)(zhong)(zhong)FL1/ FL3的(de)(de)豐度(du)(du)(du)并不(bu)比芽中(zhong)(zhong)(zhong)高(gao)。團隊進一(yi)步(bu)研(yan)究了(le)CRY2和藍光(guang)(guang)是(shi)否影(ying)響(xiang)FL染(ran)色(se)質的(de)(de)結合，實驗(yan)使用(yong)的(de)(de)是(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)黑(hei)暗(an)(an)中(zhong)(zhong)(zhong)生(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)10天齡(ling)FL1/FL3-FLAG和FL1/FL3-FLAG cry2幼苗(miao)。結果(guo)顯(xian)(xian)(xian)示，在(zai)(zai)(zai)(zai)FL1/FL3-FLAG cry2中(zhong)(zhong)(zhong)，與(yu)(yu)(yu)細(xi)胞分(fen)(fen)裂(lie)相關(guan)基(ji)因(yin)的(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)高(gao)于FL1/FL3-FLAG對照(zhao)（圖7C和7D），這(zhe)表明(ming)(ming)CRY2在(zai)(zai)(zai)(zai)黑(hei)暗(an)(an)中(zhong)(zhong)(zhong)阻(zu)止FL與(yu)(yu)(yu)染(ran)色(se)質的(de)(de)結合。此(ci)外，10天齡(ling)的(de)(de)FL1/FL3-FLAG幼苗(miao)在(zai)(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)下生(sheng)長(chang)(chang)后，分(fen)(fen)別保持在(zai)(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)下或轉移(yi)到黑(hei)暗(an)(an)中(zhong)(zhong)(zhong)48小時后再進行(xing)實驗(yan)。藍光(guang)(guang)下生(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)FL1/FL3-FLAG株系(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)，細(xi)胞分(fen)(fen)裂(lie)相關(guan)基(ji)因(yin)的(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)程度(du)(du)(du)高(gao)于在(zai)(zai)(zai)(zai)黑(hei)暗(an)(an)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)程度(du)(du)(du)（圖7E和7F），這(zhe)表明(ming)(ming)CRY2在(zai)(zai)(zai)(zai)黑(hei)暗(an)(an)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)抑(yi)(yi)制作用(yong)在(zai)(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)照(zhao)射(she)(she)下被解除。這(zhe)些(xie)結果(guo)表明(ming)(ming)CRY2在(zai)(zai)(zai)(zai)缺乏藍光(guang)(guang)的(de)(de)情況下抑(yi)(yi)制FL與(yu)(yu)(yu)某些(xie)細(xi)胞分(fen)(fen)裂(lie)基(ji)因(yin)染(ran)色(se)質的(de)(de)結合，而(er)這(zhe)種抑(yi)(yi)制作用(yong)在(zai)(zai)(zai)(zai)藍光(guang)(guang)照(zhao)射(she)(she)下得到緩解。

圖7 CRY2抑(yi)制FL1和FL3與細胞(bao)分(fen)裂基因周圍染色質的結合(he)

04、研究結(jie)論

本研究(jiu)揭示了(le)CRY2在(zai)黑暗條(tiao)件(jian)下的(de)(de)非典型(xing)功能，發(fa)現(xian)它(ta)通過抑(yi)制FL1和(he) FL3與(yu)染色質的(de)(de)結合(he)來降(jiang)低(di)細(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)裂基因的(de)(de)表達，抑(yi)制根(gen)系發(fa)育(yu)。藍光(guang)(guang)條(tiao)件(jian)下，CRY2與(yu)FLs的(de)(de)結合(he)被解(jie)除，FLs能夠(gou)激活細(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)裂基因，促進根(gen)系延長(chang)生長(chang)。這一機制表明，CRY2 在(zai)暗環境中(zhong)和(he)藍光(guang)(guang)下的(de)(de)功能具有動態可塑性，通過調(diao)控 FLs 的(de)(de)活性和(he)與(yu)染色質的(de)(de)結合(he)，協調(diao)植物在(zai)不(bu)同光(guang)(guang)照條(tiao)件(jian)下（不(bu)同部(bu)位）生長(chang)發(fa)育(yu)的(de)(de)需求(qiu)。

原文索引：Zeng D, Lv J, Li X, Liu H. The Arabidopsis blue-light photoreceptor CRY2 is active in darkness to inhibit root growth. Cell. 2024 Nov 8:S0092-8674(24)01213-3. doi: 10.1016/j.cell.2024.10.031. Epub ahead of print. PMID: 39549699.