原來原來水楊酸（SA）與光形態發生也有關？？？

圖片作者：ChatGPT

上次跟大家分享ABI5與RUP把離層酸與紫外光傳導給連起來，這次要跟大家分享水楊酸（SA，salicylic acid）與藍光的光傳導也有關！

到底是怎麼發現的呢？

一開始，研究團隊注意到，將種子以水楊酸處理會導致胚軸變短。而且，只在有藍光的時候以水楊酸處理才會發生這種效果，如果沒有光的話，就算用水楊酸處理，也不會有這種效果。這意味著，水楊酸可能與植物對藍光的反應有關。

於是，研究團隊進行了一系列的測試，看看不同突變株對水楊酸的反應。他們找了一些與光形態發生有關的突變株，結果發現，少了pif基因的突變株們，尤其是pif4突變株，可以讓植物在有水楊酸的狀況下照樣伸長胚軸。

這就讓研究團隊覺得非常好奇！由於之前已知NPR1是水楊酸的受體，因此他們想知道，NPR1和PIF4之間是否有互動？如果它們之間的確有互動，CRY1與NPR1-PIF4途徑的關係又是如何呢？

首先，透過追蹤PIF4蛋白在不同條件下的含量，他們發現，PIF4的分解需要NPR1。在野生種植物中，藍光會讓PIF4快速消失；但是在npr1突變株中，PIF4的分解就明顯地減少了。相對的，當高度表現NPR1時，PIF4的分解就變快了。

那麼，NPR1是如何促進PIF4分解的？透過序列比對，已知NPR1含有BTB/POZ結構域，而這個結構域是CUL3受質接頭蛋白的特徵結構。所以，NPR1可能作為CUL3受質接頭蛋白，參與形成E3泛素連接酶複合體。

為了要證明NPR1是透過形成E3泛素連接酶複合體來促進PIF4分解，研究團隊進行了體外泛素化實驗。他們證明NPR1可作為E3連接酶的接頭蛋白並直接促進PIF4的泛素化。而檢測植物細胞時也發現，在npr1突變株中PIF4泛素化減少，高量表現NPR1時則PIF4泛素化增加。這顯示了，NPR1的確與PIF4的泛素化有關。

泛素化的PIF4，是否就是被送到26S蛋白酶體去分解掉呢？當研究團隊使用蛋白酶體抑制劑MG132處理，發現MG132可以阻止PIF4的分解，這就證明了PIF4的分解過程需要26S蛋白酶體。

那麼，PIF4到底是哪裡被泛素化了？研究團隊以質譜分析找到了PIF4上的泛素化位點，分別是Lys129、Lys252和Lys428。當他們把這些位點進行突變之後，PIF4不僅不再被泛素化，也不能被分解了。

更有意思的是，當研究團隊把無法被泛素化的PIF4突變基因(3KR)放到野生種植物中，結果野生種植物出現與npr1突變株相似的性狀。這意味著，NPR1透過這些位點的泛素化來調控PIF4的量。

所以，PIF4的確與NPR1有互動。

既然水楊酸可以讓植物在藍光下胚軸變短，那麼應該就是與隱花色素（CRY）有關。於是，研究團隊進行了一系列的實驗來弄清楚隱花色素與NPR1-PIF4之間的關係。

首先，他們在菸草和阿拉伯芥原生質體中測試。他們發現，加入CRY1/CRY2後，NPR1和PIF4的互動明顯增強；接著，他們在在菸草中表現NPR1、PIF4和CRY1，發現CRY1不只可以讓NPR1和PIF4的互動增強，還能提高NPR1主導的PIF4分解。由於使用PIF4(3KR)時，即使有CRY1存在PIF4(3KR)也保持穩定，顯示這種增強效應是透過泛素化位點來達成的。

進一步的測試發現，在cry1cry2雙突變株中，幾乎檢測不到泛素化的PIF4，而在高度表現CRY1或CRY2的植株中，PIF4泛素化明顯增加。這些結果意味著，隱花色素的確與PIF4的泛素化有關，且這個作用是透過增強NPR1和PIF4之間的互動來達成的。

更有意思的是，他們還發現NPR1主導的PIF4泛素化，在無光的環境中幾乎不發生，但是在藍光照射下明顯增強，所以這個整過程是需要藍光的。

總而言之，研究團隊從不同角度證明了隱花色素會透過增強NPR1-PIF4的互動，來促進PIF4的分解，而且這個調控過程需要藍光。

水楊酸是植物用來抵抗外敵的重要分子。過去大家都認為PIF4只有跟光信息傳導有關，雖然也有一些賀爾蒙（如生長素、吉貝素、離層酸、芸苔素內酯）與光形態發生有關連，但是抵禦外敵的分子與光形態發生有關？這真的還是頭一遭呢！

參考文獻：

Zhou, Y., Liu, P., Tang, Y., Liu, J., Tang, Y., Zhuang, Y., Li, X., Xu, K., Zhou, Z., Li, J., He, G., Deng, X. W., & Yang, L. (2024). NPR1 promotes blue light–induced plant photomorphogenesis by ubiquitinating and degrading PIF4. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(52), e2412755121. https://doi.org/10.1073/pnas.2412755121