光誘起HY5は、光変動に対する光保護応答を調整するための全身シグナルとして機能する

Light-induced HY5 functions as a systemic signal to coordinate the photoprotective response to light fluctuation.

• Xiaochun Jiang
• Jin Xu
• Rui Lin
• Jianing Song
• Shujun Shao
• Jingquan Yu
• Yan-Hong Zhou

抄録

植物が周囲の光条件の変動に適応するためには、異なる葉全体の光保護を最適化することが重要である。しかし、この葉と葉の間のコミュニケーションの分子基盤はあまり理解されていない。ここでは、トマト（Solanum lycopersicum）の葉から葉への光シグナル伝達と光変動に対する光保護応答の活性化の複雑性を調べるために、接ぎ木、クロロフィル蛍光、RT-qPCR、免疫ブロッティング、ChIP、およびEMSAを含む様々な技術を使用しました。本研究では、上葉の光知覚が下葉の光保護経路を活性化することで、光化学系II（PSII）とPSIの両方の光阻害を減衰させることを明らかにした。局所的な光の照射により、LONG HYPOCOTYL5 (HY5)の蓄積と移動が促進され、光の変動に対する光保護反応が促進された。HY5は、PROTON GRADIENT REGULATION5 (PGR5)とVIOLAXANTHIN DE-EPOXIDASE (VDE)の転写を直接活性化することで、周期的電子流(CEF)、キサントフィルサイクル、エネルギー依存性消光(qE)を誘導することがわかった。本研究で得られた知見は、全身的なシグナル伝達経路を明らかにし、光保護の活性化とその結果、変動する光環境下での生存能力の点で、先制的な優位性を実証し、精巧な制御ネットワークへの洞察を提供するものである。

Optimizing the photoprotection of different leaves as a whole is important for plants to adapt to fluctuations in ambient light conditions. However, the molecular basis of this leaf-to-leaf communication is poorly understood. Here, we used a range of techniques, including grafting, chlorophyll fluorescence, RT-qPCR, immunoblotting, ChIP, and EMSA, to explore the complexities of leaf-to-leaf light signal transmission and activation of the photoprotective response to light fluctuation in tomato (Solanum lycopersicum). We established that light perception in the upper leaves attenuated the photoinhibition of both photosystem II (PSII) and PSI by triggering photoprotection pathways in the lower leaves. Local light promoted the accumulation and movement of LONG HYPOCOTYL5 (HY5) from the sunlit local leaves to the systemic leaves, priming the photoprotective response of the latter to light fluctuation. By directly activating the transcription of PROTON GRADIENT REGULATION5 (PGR5) and VIOLAXANTHIN DE-EPOXIDASE (VDE), HY5 induced cyclic electron flow (CEF), the xanthophyll cycle, and energy-dependent quenching (qE). Our findings reveal a systemic signalling pathway and provide insight into an elaborate regulatory network, demonstrating a pre-emptive advantage in terms of the activation of photoprotection and, hence, the ability to survive in a fluctuating light environment.

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