2024年1月5日，植物學期刊Plant Physiology在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心王鵬研究組題為“GLK transcription factors accompany ELONGATED HYPOCOTYL5 to orchestrate light induced seedling development in Arabidopsis”的研究論文，系統研究了HY5、GLK、GNC和CGA1轉錄因子之間的調控關系，揭示它們在光誘導的擬南芥幼苗發育啟動前后的不同功能，完善了HY5、GLK、GNC、CGA1和DET1的局部調控網絡，為更好地理解光誘導的植物幼苗發育過程提供了新的見解。

　　GOLDEN2 (G2)-LIKE (GLK)轉錄因子直接參與對葉綠體發育的調控，屬于GARP超家族。GLK首先在C4植物玉米中被發現能夠激活葉綠體發育，一對同源基因ZmG2和ZmGLK1分別在葉片維管束鞘細胞和葉肉細胞中相對高表達，被推測可能與C4葉綠體的結構與功能分化有關。在C3植物擬南芥和水稻中，GLK1和GLK2在調節葉綠素合成和光合機構發育中相互冗余地發揮作用。GLKs的過量表達能夠誘導葉片、非綠色組織(如根和愈傷組織)以及果實中葉綠體數量的增加。前期研究在水稻中過量表達來源于玉米的GLK基因，能夠提高光合速率、降低光抑制，提高生物量和產量。

　　ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5)轉錄因子調節許多植物生長發育過程，包括細胞伸長、細胞增殖、葉綠體發育、色素積累和營養吸收等。HY5作用于光受體下游，抑制細胞伸長基因的表達，hy5突變體幼苗呈現典型的長下胚軸表型。GATA NITRATE-INDUCIBLE CARBON-METABOLISM-INVOLVED (GNC)和CYTOKININ-RESPONSIVE GATA FACTOR1 (CGA1，或稱為GNC-LIKE) 轉錄因子與GLK具有一定功能相似性，在葉綠素合成和葉綠體分裂中表現出光依賴性調控和冗余功能。有線索表明GLK依賴于HY5而調控擬南芥根的轉綠，那么同為重要轉錄因子的兩者，以及逐漸被更多研究的GNC和CGA1，在光誘導幼苗發育的關鍵過程中的具體分子關系和功能網絡有待系統闡明。此外，DE-ETIOLATED 1 (DET1) 參與誘導蛋白的泛素化降解，暗發芽的det1突變體幼苗表現出部分光生長性狀，如光合基因的表達和類囊體膜的發育。這些表型背后的分子機制尚不完全清楚，而GLK、GNC和CGA1的潛在參與值得考慮。

　　王鵬研究團隊通過對一系列突變體材料的研究發現: (1)HY5直接激活GLK、GNC和CGA1的表達，它們共同促進葉綠素生物合成和光系統的形成，例如擬南芥hy5 glk2雙突變體的黃化幼苗光照轉綠過程中葉綠素含量低于hy5單突變體; (2) 通過調控細胞伸長基因的表達，GLK抑制下胚軸伸長，而GNC和CGA1促進下胚軸伸長，且其對下胚軸的影響效應均可疊加在hy5突變體的表型之上; (3)在黑暗萌發的幼苗中，GLK蛋白的積累可能同時依賴于HY5和DET1, det1突變體黃化幼苗質體中表現出的異常光生長性狀可部分歸因于較高的GLK2含量，因其表型在det1 glk2雙突變體中被弱化。值得注意的是，HY5與GLK、GNC或CGA1之間可以獨立地、加性地或協同作用而調節下游基因表達。GLK2的重要功能以多種方式表現出來，部分情況下被HY5招募并與HY5相互作用，有效地補償了HY5的功能，因此值得有針對性地研究，以指導GLK2和HY5在作物改良中的潛在應用。

　　中國科學院分子植物科學卓越創新中心已畢業博士生張婷、助理研究員張瑞和博士研究生曾璽宇為該論文的共同第一作者,王鵬研究員為通訊作者。Salk生物研究所的Sanghwa Lee博士、Wolfgang Busch教授，中國農業科學院作物科學研究所周文彬研究員和分子植物科學卓越創新中心朱新廣研究員等參與了本項工作。該研究得到國家自然科學基金面上項目和中國科學院先導科技專項（A類）的資助。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae002

GLK、GNC、CGA1和HY5轉錄因子在擬南芥暗形態和光形態建成調控中的協同機制