PBJ | 东北农业大学韩英鹏/李永光/赵雪研究团队揭示了GmPLP1以蓝光依赖的方式负调控大豆对高光胁迫的抗性

2023年8月18日，东北农业大学韩英鹏/李永光/赵雪团队在植物学国际权威期刊《Plant Biotechnology Journal》上发表了题为“GmPLP1 negatively regulates soybean resistance to high light stress by modulating photosynthetic capacity and reactive oxygen species accumulation in a blue light-dependent manner”的研究论文，揭示了GmPLP1在大豆对高光胁迫的响应中以蓝光依赖的方式发挥负调控作用。这一发现为了解植物对不断变化的光环境适应性提供了新的见解。

植物的生长和发育受到各种环境因素的影响，光合能力在生物量积累和产量形成中起着关键作用。然而，当光能超过植物的利用能力时，会导致光合系统内过剩的激发能量积累，进而引发活性氧的爆发和光合作用的抑制。尤其是当高光胁迫与干旱、盐碱、高温等同时出现时，会进一步加重胁迫造成的损伤，导致光抑制、光氧化和光损伤，最终对植物造成不可逆的损害，甚至导致植物死亡。此外，光波动是自然界中另一种温和但持久的光胁迫类型。在自然环境中，光量子通量密度（PFD）的日变化范围可达2-3个数量级。特别是，当植物长期处于低光条件（如云层覆盖、作物间相互遮挡等）时，突然遇到强光时，光强的快速变化可能导致PSI和PSII的激发不平衡，从而降低光合作用的光化学效率，导致光抑制甚至光损伤。

研究人员通过分析发现，GmPLP1蛋白的表达水平在高光胁迫下显著下调，进一步分析发现GmPLP1主要受白光中的蓝光调控，在强蓝光下显著降低，呈现出受蓝光光强动态调节的特点。为了探究其功能，研究人员构建了GmPLP1基因沉默和过表达的大豆株系，结果显示，沉默GmPLP1可以显著提高大豆对高光胁迫的抗性，在高光胁迫下表现出更高的光能利用能力，较少的光损伤以及叶片中较低的活性氧积累；而过表达GmPLP1基因则导致大豆对高光胁迫更为敏感。

进一步的研究发现，GmPLP1与GmVTC2b蛋白之间存在相互作用，并且其互作强度受到蓝光强度的影响，随着蓝光光强的增加，两个蛋白之前的互作强度降低。GmVTC2b是抗坏血酸（AsA）生物合成途径中的关键调节因子，过表达GmVTC2b能够增加抗坏血酸合成并提高大豆对活性氧清除能力，从而提高了高光胁迫的耐受性；而在GmVTC2b大豆中瞬时共表达GmPLP1基因，则显著降低了GmVTC2b大豆对高光胁迫耐受性；但在共表达GmPLP1-RNAi时，耐受性得到了显著增强。以上结果表明，GmPLP1通过感受蓝光光强变化来调节GmVTC2b的活性，从而影响AsA的合成和ROS的积累。这一发现进一步证明了GmPLP1在调节大豆光合能力和ROS积累方面的重要作用。

该研究还发现，GmPLP1能够调控与植物生长、产量、抗病、抗逆等相关的信号途径基因，对大豆的分枝、荚数、粒重等性状产生显著影响。沉默GmPLP1基因后，大豆根系更发达，光能利用能力、冠层和光能截获能力显著增加。

这项研究的结果为深入了解植物对光信号变化的感知和适应性提供了重要线索。发现揭示了GmPLP1在大豆对高光胁迫的响应中扮演的关键角色，通过感应蓝光来调节大豆的光合能力和活性氧积累。深入了解这一机制对于改善大豆对光环境的适应能力、提高抗逆/病和产量具有重要意义。

东北农业大学韩英鹏教授、李永光副研究员、赵雪研究员为本论文的通讯作者；东北农业大学博士研究生张沿政为本论文的独立第一作者；东北农业大学的李文滨教授、滕卫丽研究员、战宇航实验师等也参与了研究工作。该研究受到了国家重点研发计划项目（2021YFD1201604）的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14158

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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