拟南芥光信号蛋白FHY3在植物叶片衰老分子调控机制实验。山东农大供图

叶片衰老对农作物产量和质量都有着重要影响，但有关调控机制并不清晰。山东农业大学教授李刚团队发现，拟南芥光信号蛋白FHY3通过下游转录因子WRKY28调控叶片衰老，并首次建立了外界光照、植物年龄等因素协同作用下叶片衰老的分子网络，为植物叶片衰老应用提供了理论支撑。近日，《植物细胞》在线发表了这一成果。

此前研究表明，作为叶片发育的最后阶段，叶片衰老受到多种内部因素（如年龄、发育、营养）及外部环境因素（如光照、温度、胁迫）的共同调控。在衰老过程中，植物内部细胞的营养物质被运送到植物籽实等部位，进而提高籽实产量和质量等。然而，对于植物如何整合外界环境光信号和内在年龄因素调控叶片衰老，科学家们一直没有研究清楚。

考虑到FHY3蛋白是植物光信号途径中发挥重要功能的转录因子，广泛调控拟南芥的多个生长发育过程，李刚团队以这个蛋白为切入点，研究FHY3蛋白在拟南芥叶片衰老中的作用及其主要的分子调控网络。

他们发现，FHY3蛋白功能缺失的突变体叶片出现提前衰老现象，并且FHY3蛋白负向调控植物由年龄因素致使的叶片衰老过程。进一步研究还揭示，FHY3蛋白通过直接抑制其下游转录因子WRKY28的基因表达，并抑制水杨酸（植物细胞内影响叶片衰老的激素）合成，进而抑制叶片衰老的起始过程。这一机制贯穿于植物生长发育的整个时期，包括幼苗期，而且还介导了光对叶片衰老的调控。

该团队认为，FHY3蛋白和下游转录因子WRKY28均受年龄因素调控，这一信号途径整合了年龄因素及光信号进而调控叶片衰老过程。

相关研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金的资助。

相关论文信息: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00021