Molecular Cell：北大钟上威研究组揭示植物光温共感知的分子机制

　　为了探究phyB蛋白感知温度的机制，作者对其理化性质做了深入研究。通过序列分析与实验验证，作者发现phyB的N末端延伸片段（NTE）具有无序特性，是一个能调控蛋白质聚集的IDR（Intrinsically Disordered Region，固有无序序列区域）。同时，phyB的C端具有极强的寡聚化能力，可以进行自我聚集，这两段区域促使活化的phyB分子通过LLPS（Liquid-liquid phase separation，液液相分离）形成光小体（photobodies）。实验结果表明，NTE及C端的去除，均会使phyB丧失光小体的形成能力。当用其他类似性质的动植物蛋白IDR置换NTE或用具有寡聚能力的GUS蛋白置换C端后，均可恢复其相分离的能力。结合先前的蛋白质结构数据与该研究的生化分析，发现phyB处于非活化的Pr构象时，NTE被包埋于N端感光区域的GAF位置，整个N端对C端的寡聚能力产生抑制，抑制phyB通过液液相分离形成光小体。而当光活化phyB为Pfr构象时，NTE从GAF区域释放出来，由于NTE无序序列的特性，可以与其他phyB分子的NTE发生弱多价相互作用，解除N端对C端的抑制，使得C端暴露出来，通过寡聚化作用驱动phyB通过液液相分离形成光小体。

　　作者进一步对phyB光小体的形成与解离调控做了深入研究。发现光照能促进光小体形成，而高温则促使光小体解离。为了排除phyB构象改变的影响，作者对锁定在Pfr构象的phyB（YHB）蛋白进行了研究。YHB蛋白在细胞中组成型形成光小体，完全不响应光照变化，但是随着环境温度升高，YHB的光小体逐渐解离，直至完全消失。更有意思的是，当YHB从高温转为低温时，完全消失的YHB光小体又逐渐重新形成，说明YHB光小体能动态可逆响应环境温度变化。那么YHB光小体是如何感知温度信号的呢？作者用其他IDR置换NTE，能观察到光小体的形成，但却不再具有感知温度变化的特性，说明NTE是phyB温度感知的特异序列。将C端去除，YHB的截短体不能形成光小体，对温度也没有响应，而用GUS置换C端后，既能观察到光小体的形成，也能观测到其对温度的感知能力。作者最后做了转基因的遗传验证实验。发现将NTE替换为其它IDR时，转基因植株能恢复phyB突变体光形态建成表型，但对温度不响应；当C端去除时，phyB的N端截短体（phyBN）能部分恢复phyB突变体光形态建成表型，但对温度不响应；而当phyB的N端截短体连接GUS蛋白（phyBN-GUS），则能完全恢复转基因植株对温度的响应能力。这些结果充分说明光小体形成是phyB温度感知所必需的：C端通过其寡聚作用促进光小体形成，但没有温度感知的特异序列；NTE能直接感知温度变化，并通过液液相分离动态可逆调控光小体形成，从而实现phyB的温度感知能力。

　　在该研究中，作者还发现phyB通过蛋白质相互作用与液液相分离，有选择地将多种转录因子招募进入光小体，在光小体中富集phyB信号通路分子，提高了信号传导能力。当phyB光小体解离时，信号通路分子也随之解离，使得phyB信号传导活性快速降低，抑制其功能输出。因此，phyB通过液液相分离动态可逆地形成与解离光小体，快速调控phyB信号通路传导效率，使得植物能独立于phyB构象转变，实现对环境温度变化的生理响应。