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光敏色素相互作用因子 PIF3 整合了光敏色素 B 和 UV-B 信号通路,以调节黄瓜下胚轴中赤霉素和生长素依赖的生长。

Phytochrome-interacting factor PIF3 integrates phytochrome B and UV-B signaling pathways to regulate gibberellin- and auxin-dependent growth in cucumber hypocotyls.

机构信息

Horticulture Department, University of Wisconsin, Madison WI 53706, USA.

State Key Laboratory of Vegetable Biobreeding, Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China.

出版信息

J Exp Bot. 2023 Aug 17;74(15):4520-4539. doi: 10.1093/jxb/erad181.

DOI:10.1093/jxb/erad181
PMID:37201922
Abstract

In Arabidopsis, the photoreceptors phytochrome B (PhyB) and UV-B resistance 8 (UVR8) mediate light responses that play a major role in regulating photomorphogenic hypocotyl growth, but how they crosstalk to coordinate this process is not well understood. Here we report map-based cloning and functional characterization of an ultraviolet (UV)-B-insensitive, long-hypocotyl mutant, lh1, and a wild-type-like mutant, lh2, in cucumber (Cucumis sativus), which show defective CsPhyB and GA oxidase2 (CsGA20ox-2), a key gibberellic acid (GA) biosynthesis enzyme, respectively. The lh2 mutation was epistatic to lh1 and partly suppressed the long-hypocotyl phenotype in the lh1lh2 double mutant. We identified phytochrome interacting factor (PIF) CsPIF3 as playing a critical role in integrating the red/far-red and UV-B light responses for hypocotyl growth. We show that two modules, CsPhyB-CsPIF3-CsGA20ox-2-DELLA and CsPIF3-auxin response factor 18 (CsARF18), mediate CsPhyB-regulated hypocotyl elongation through GA and auxin pathways, respectively, in which CsPIF3 binds to the G/E-box motifs in the promoters of CsGA20ox-2 and CsARF18 to regulate their expression. We also identified a new physical interaction between CsPIF3 and CsUVR8 mediating CsPhyB-dependent, UV-B-induced hypocotyl growth inhibition. Our work suggests that hypocotyl growth in cucumber involves a complex interplay of multiple photoreceptor- and phytohormone-mediated signaling pathways that show both conservation with and divergence from those in Arabidopsis.

摘要

在拟南芥中,光受体光敏色素 B (PhyB) 和 UV-B 抗性 8 (UVR8) 介导的光反应在调节光形态发生的下胚轴生长中起着主要作用,但它们如何相互作用以协调这一过程尚不清楚。在这里,我们报道了黄瓜(Cucumis sativus)中一个 UV-B 不敏感、长下胚轴突变体 lh1 和一个野生型样突变体 lh2 的基于图谱的克隆和功能表征,它们分别表现出 CsPhyB 和 GA 氧化酶 2 (CsGA20ox-2) 的缺陷,后者是一种关键的赤霉素 (GA) 生物合成酶。lh2 突变是 lh1 的上位性,并且部分抑制了 lh1lh2 双突变体的长下胚轴表型。我们鉴定了光受体相互作用因子 (PIF) CsPIF3 在整合红光/远红光和 UV-B 光反应以促进下胚轴生长方面起着关键作用。我们表明,两个模块,CsPhyB-CsPIF3-CsGA20ox-2-DELLA 和 CsPIF3-生长素响应因子 18 (CsARF18),分别通过 GA 和生长素途径介导 CsPhyB 调节的下胚轴伸长,其中 CsPIF3 结合到 CsGA20ox-2 和 CsARF18 启动子中的 G/E 盒基序,以调节它们的表达。我们还发现了 CsPIF3 和 CsUVR8 之间的新的物理相互作用,介导 CsPhyB 依赖性、UV-B 诱导的下胚轴生长抑制。我们的工作表明,黄瓜下胚轴的生长涉及多个光受体和植物激素介导的信号通路的复杂相互作用,这些信号通路在与拟南芥的保守性和分化性方面都有表现。

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