年3月26日，PlantCell在线发表了上海师范大学杨洪全教授课题组题为“ArabidopsisCryptochrome1ControlsPhotomorphogenesisthroughRegulationofH2A.ZDeposition”的研究论文，茅志磊博士为第一作者。该研究发现蓝光激活的光受体—隐花色素1（CRY1），通过与SWR1复合物核心亚基SWC6和ARP6互作来调控组蛋白变体H2A.Z在HY5靶基因位点的沉积，以调控拟南芥细胞伸长和光形态建成。
研究背景
光是影响植物生长和发育的重要环境因子，光信号转导通路和植物响应光的过程需要多种感光受体的介导。其中，隐花色素（cryptochromes，CRYs）是一类广泛存在于植物体内的蓝光和近紫外光受体，介导植物对蓝光的一系列反应。拟南芥CRY1的信号转导机制涉及与E3泛素连接酶PHOTOMORPHOGENIC1(COP1)/SUPPRESSOROFPHYA-(SPA1)的直接互作，并稳定COP1底物ELONGATEDHYPOCOTYL5（HY5）。H2A.Z是一种进化保守的组蛋白变体，由SWR1复合物（SWR1-C）催化使其在染色质中沉积，从而在转录调控中发挥关键作用。目前为止，对于SWR1-C介导的H2A.Z沉积是否参与光信号传导还有待确认。
主要结果
1.CRYs以蓝光依赖的方式与SWC6和ARP6互作
拟南芥中的两个CRYs同源蛋白CRY1和CRY2的N端均含有光解酶同源区（PHR）结构域（CNT1和CNT2）。以CNT1为诱饵进行酵母双杂筛选，并结合免疫共沉淀（co-IP）验证结果发现，CRY1和CRY2在蓝光条件下与SWR1-C保守核心亚基SWC6互作（图1）。由于SWC6与另一SWR1-C的核心催化亚基ARP6互作，共同调控SWR1-C介导的H2A.Z沉积，因此推测CRYs可能也与ARP6互作。利用半体内pull-down以及co-IP检测发现，CRY1和CRY2同样仅在蓝光条件下与ARP6互作。
图1.CRY1和CRY2以蓝光依赖的方式与SWC6互作
此外，相应突变体的光形态建成表型分析表明，SWC6、ARP6和H2A.Z能够在蓝光、红光和远红光条件下抑制拟南芥幼苗的下胚轴伸长，并促进蓝光下叶绿素的积累（图2）；而且ARP6与CRYs可能通过抑制蓝光下促进细胞伸长的HY5靶基因来共同促进光形态建成。
图2.SWC6、ARP6和H2A.Z在蓝光、红光和远红光下抑制下胚轴伸长
2.CRYs介导H2A.Z在HY5靶基因位点的沉积
ARP6和SWC6在SWR1-C介导的H2A.Z沉积中是必不可少的，且它们都能促进蓝光下的光形态建成，由此推测，两者可能促进了H2A.Z在具有促进细胞伸长功能的HY5靶基因位点的沉积，进而抑制这些基因的表达。ChIP-qPCR检测结果显示，swc6与arp6突变体中，H2A.Z在HY5靶基因（EXP2、IAA19和XTH33）位点的占有量均显著降低，表明H2A.Z在靶基因位点的沉积需要ARP6和SWC6介导。
利用WT和cry1cry2幼苗检测蓝光和CRYs对H2A.Z沉积的影响，发现蓝光能够明显促进H2A.Z在靶基因位点的沉积。但在蓝光下，cry1cry2幼苗中靶基因位点处H2A.Z的量显著减少（图3）。以上结果表明，蓝光增强的H2A.Z在HY5靶基因位点的沉积需要CRYs的介导。另外，HY5能够正调控H2A.Z的沉积。
图3.ChIP-qPCR分析显示CRYs、ARP6、SWC6和HY5参与调控H2A.Z的HY5靶基因沉积
3.HY5与SWC6和ARP6互作
基于以上研究结果，作者猜测HY5可能与SWC6和ARP6直接互作，以募集SWR1-C来促进H2A.Z在HY5靶基因上的沉积。通过一系列互作验证显示，HY5确实能够与SWC6和ARP6互作（图4）。表型分析发现，HY5与ARP6同时突变后的下胚轴长度明显高于两者单突。以上表明，HY5和ARP6可能不仅在同一途径中发挥作用，也可能在不同途径中参与下胚轴的发育以及蓝光感应的调控。
图4.SWC6和ARP6与HY5互作
4.蓝光激活的CRY1增强了SWC6与ARP6的结合
为进一步探究SWC-ARP6互作是否受CRY1的影响，半体内pull-down实验结果显示，SWC6-Flag-OX/Myc-CRY1-OX株系中ARP6结合SWC6的能力显著强于SWC6-Flag-OX/cry1cry2。同时，co-IP验证发现，在蓝光而非黑暗条件下，与cry1cry2相比，Myc-CRY1-OX原生质体中的ARP6能够结合更多的SWC6（图5）。说明，蓝光激活的CRY1可能通过蓝光依赖性CRY1-SWC6/ARP6复合体增强了SWC6与ARP6的结合。
图5.CRY1增强了SWC6与ARP6的结合
一图解文
（F）在黑暗条件下，无活性的CRY1失去与COP1和SWC6/ARP6的结合能力而不能对其发挥调控作用。此时，COP1能够顺利结合并介导HY5的泛素化和降解，而SWR1复合物功能受限并不能被招募到HY5靶位点来介导H2A.Z沉积。最终导致HY5靶基因的活性表达，从而促进细胞和下胚轴伸长。（G）在蓝光照射条件下，CRY1被激活并与COP1和SWC6/ARP6互作以增强两者的结合，进而增强SWR1复合物活性。同时，CRY1通过与COP1互作来抑制其活性，并促使COP1从细胞核向细胞质易位，从而促进HY5的积累以及SWR1复合物至HY5靶位点的招募。CRY1介导的两种途径共同作用，增强SWR1复合物介导的H2A.Z在HY5靶基因上的沉积，并通过调控这些靶基因的表达来介导CRY1对下胚轴伸长的抑制。
图5（F，G）.CRY1介导H2A.Z在HY5靶位点沉积的调控模型
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