植物的向光性（phototropism）是一種關鍵的環境適應性機制，使其能通過調整生長方向來優化對光能的捕獲，提升光合效率并促進生長發育。向光素phototropin 1（phot1）作為核心的光受體，介導了植物對藍光的感知和向光性反應。盡管已有的研究鑒定了phot1下游信號通路組成和功能，但連接光信號與phot1激酶活性的關鍵調控因子至今仍未被發現。
中國科學院華南植物園劉勛成研究團隊鑒定發現phot1的多個賴氨酸位點發生乙酰化修飾，并證實保守的賴氨酸位點（K636）的乙酰化修飾調控其自磷酸化和激酶活性，影響植物的向光性反應；遺傳表型篩選發現賴氨酸去乙酰化酶HDA9為調控植物向光性和phot1活性的關鍵上游因子，通過調節phot1的乙酰化水平影響其磷酸化與激酶活性；同時，證實該"乙酰化-磷酸化協同調控"作用在不同物種如番茄、煙草和花生中具有高度的保守性，凸顯該機制在植物向光性信號轉導途徑中的廣泛性與重要性。
基于以上結果，研究組提出乙酰化修飾連接光信號和phot1激活的分子模式：在感知環境光信號后，phot1快速發生磷酸化修飾，進而激活其信號轉導功能，同時顯著降低phot1與HDA9的結合能力。隨后，在未知乙酰轉移酶（Acetyltransferases，ATs）的作用下，乙酰化修飾的phot1逐漸積累，形成負反饋調節環路。該機制通過抑制phot1過度磷酸化來防止光信號過度放大。這種循環進行的“乙酰化-去乙酰化修飾”模塊構成了精確的分子制動系統能夠微調向光性信號轉導強度，從而確保植物獲得最佳生長響應。這種獨特的模式展示了植物光信號轉導途徑的高度精確性和可塑性。本研究為農作物的光適應性和光能高效利用遺傳育種提供了新的理論基礎。
相關研究成果以 “Histone Deacetylase 9 Modulates Phototropin 1 Acetylation Dynamics to Fine-Tune Phototropic Responses in Plants”為題于近期發表在國際學術期刊Plant Communications（《植物通訊》）（IF2024 11.6）上。華南植物園梁敏婷助理研究員和鄧書林研究員為共同第一作者，劉勛成研究員為通訊作者。研究團隊成員包括張藝副研究員、列志旸副研究員、公共實驗室戴光義博士、研究生楊泳怡和實習生郭景源。該研究得到國家自然科學基金和廣東省科技計劃等項目的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346225001865
圖1. 分子模式：HDA9介導phot1乙酰化-磷酸化動態平衡調控植物向光性
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