摘要：PIN-formed（PIN）蛋白介导的极性生长素运输在植物的光形态建成中发挥了重要的作用。然而，光信号如何精准调控PIN蛋白定位，一直是植物学领域的未解之谜。近日，西南大学农学与生物科技学院张觅课题组在植物学权威期刊The Plant Cell上发表题为A

PIN-formed（PIN）蛋白介导的极性生长素运输在植物的光形态建成中发挥了重要的作用。然而，光信号如何精准调控PIN蛋白定位，一直是植物学领域的未解之谜。近日，西南大学农学与生物科技学院张觅课题组在植物学权威期刊The Plant Cell上发表题为A light-governed cascade of ubiquitin modifications regulates cotton fiber development by coordinating PIN3a proteolysis的研究论文，揭示了光信号通过级联泛素化修饰控制PIN3a蛋白稳定性，调控棉花纤维发育的新机制。

棉花是重要天然纤维作物，其生长发育贯穿整个夏季。棉纤维的发育与光照密切相关。然而，光信号是如何转化为棉纤维发育的调控指令，其背后的分子机制一直不清。该研究在前期揭示生长素以及PIN3a介导的极性生长素运输在促进纤维发育、改良棉花纤维产量和品质的基础上，证明光照对纤维起始和伸长调控是通过PIN3a实现。PIN3a作为影响纤维发育的关键生长素外排载体，其在棉花胚珠表皮中的定位极性和稳定性受到精细调控。光信号通过“COP1–UCH3-PIN3a”这一核心模块直接影响胚珠表皮的极性生长素运输。

COP1（E3泛素连接酶）通过其底物UCH3（去泛素化酶）间接调控PIN3a的泛素化水平。白天，COP1的稳定性受到光抑制，UCH3的稳定性增加，进而让PIN3a的泛素化水平降低而增强其在质膜的定位。夜晚，COP1稳定性增加，促进UCH3的降解，导致GhPIN3a的泛素化修饰增加而被降解。有意思的是，PIN3a降解过程中不光检测到与液泡降解途径相关的K63泛素化修饰，还检测到与蛋白酶体降解通路相关的K48泛素化修饰，而且可能蛋白酶体参与其中。

图1. 光调控棉胚珠表皮极性生长素运输的模型

这一研究不仅揭示了光信号通过级联泛素化修饰对极性生长素运输的直接调控，还奠定了棉花发育响应光信号的理论基础，对深入认识光对植物极性生长素运输和棉花纤维发育的调控具有重要意义。

西南大学农学与生物科技学院博士生张柳琴为该论文的第一作者，西南大学农学与生物科技学院张觅研究员和生命科学学院许长征教授为该论文的共同通讯作者。西南大学侯磊研究员以及裴炎教授在论文修改与数据分析中提供了宝贵建议。该研究得到国家自然科学基金、重庆市青年拔尖人才计划和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

参考文献

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来源：科学漫漫谈