《Journal of Integrative Plant Biology》：PtoHY5 integrates photoperiodic signals with the ABA pathway to coordinate growth cessation and dormancy in Populus
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寒带和温带地区的多年生植物将其生长-休眠周期与季节变化同步。众所周知，短日照（SD）条件通过下调促生长基因FLOWERING LOCUS T2（FT2）诱导生长停止，并通过依赖脱落酸（ABA）的途径促进休眠建立。然而，光周期信号如何协调这些转变仍不清楚；特别是
寒带和温带地区的多年生植物将其生长-休眠周期与季节变化同步。众所周知，短日照（SD）条件通过下调促生长基因FLOWERING LOCUS T2（FT2）诱导生长停止，并通过依赖脱落酸（ABA）的途径促进休眠建立。然而，光周期信号如何协调这些转变仍不清楚；特别是ABA在SD诱导的生长停止中的作用被低估。在此，研究人员证明ABA缺陷的nced1/3突变体表现出延迟的生长停止和受损的休眠，表明ABA协调SD触发的生长停止与休眠建立。研究人员鉴定出杨树ELONGATED HYPOCOTYL 5（PtoHY5a/b）转录因子是维持活跃生长的长日照信号的核心整合因子。过表达PtoHY5a/b通过抑制茎尖胞间连丝闭合来延迟生长停止并阻碍休眠建立；这些效应可被外源ABA施用逆转。机制上，PtoHY5直接抑制ABA生物合成基因PtoNCED1/3和促休眠基因SHORT VEGETATIVE PHASE-LIKE（PtoSVL）。此外，PtoHY5在叶片和茎尖局部作用，并从叶片移动到茎尖以微调顶端生长。在SD条件下，PtoHY5水平降低导致PtoFT2（加速器）的协调下调和ABA-PtoSVL轴（制动器）的激活，从而同步生长停止和休眠启动。这些发现阐明了ABA在生长停止中有争议的作用，并揭示了以PtoHY5为中心的先前未知的调控层，该调控层整合光周期信号与多年生树木生长停止和休眠启动的协调。
寒带和温带地区的多年生植物（如杨树）通过协调生长-休眠周期以适应季节变化。光周期是核心环境信号，短日照（SD）诱导生长停止和休眠建立，但这两个过程常被认为由独立途径调控（如FT2和ABA途径），且ABA在生长停止中的作用存在争议。为阐明光周期信号如何整合ABA途径协调这些转变，研究人员以毛白杨（Populus tomentosa Carr. 克隆741）为材料，利用CRISPR/Cas9创制ABA缺陷突变体（Ptonced1/3）和PtoHY5a/b双突变体，并构建过表达株系，结合光周期处理、外源ABA施用、嫁接实验、透射电镜（TEM）、酵母单杂交（Y1H）、电泳迁移率变动分析（EMSA）、染色质免疫沉淀-qPCR（ChIP-qPCR）、双荧光素酶报告等关键技术，揭示了PtoHY5整合光周期信号与ABA途径的新机制。该研究发表于《Journal of Integrative Plant Biology》。
**ABA是协调短日照条件下生长停止和休眠的关键**
通过分析ABA缺陷的Ptonced1/3突变体，发现其ABA含量降低，在SD下生长停止和芽休眠均延迟，且胞间连丝（PD）闭合率降低，说明ABA对协调生长停止和休眠建立至关重要。
**长日照诱导的生态休眠杨树再生涉及PtoHY5蛋白积累和ABA生物合成抑制**
利用SD5周后转LD的体系，发现PtoHY5a/b转录本和蛋白水平在LD下回升，同时ABA合成基因PtoNCED1/3表达下调，表明PtoHY5与光周期信号紧密耦合，负调控ABA合成。
**增强PtoHY5a/b延迟生长停止并通过阻止胞间连丝闭合防止休眠启动**
PtoHY5a/b过表达株系在SD下生长停止延迟，PD闭合率显著低于野生型，而Ptohy5a/b突变体则加速生长停止。TEM和基因表达分析显示，过表达抑制了PtoSVL和PtoCALS1表达，从而阻止休眠建立。
**ABA拮抗PtoHY5a/b在光周期控制茎生长中的功能**
外源ABA处理逆转了PtoHY5过表达株系对LD生长恢复的促进效应，并加速生长停止，表明ABA作用于PtoHY5下游。
**PtoHY5a/b通过直接结合PtoNCED1/3和PtoSVL启动子并抑制其表达来抑制ABA生物合成和响应**
Y1H、EMSA、ChIP-qPCR和双荧光素酶报告实验证实PtoHY5直接结合并抑制PtoNCED1/3和PtoSVL启动子。遗传学分析显示，在PtoHY5a-OE背景中过表达PtoSVL恢复了休眠，证明PtoSVL在PtoHY5下游起作用。
**HY5作为长距离移动信号调控茎生长的季节性控制**
嫁接实验结合免疫印迹检测表明，PtoHY5a蛋白可从根茎移动到接穗，而核定位的NLS-PtoHY5a不能移动。移动的PtoHY5抑制接穗中ABA-SVL模块，延迟生长停止，说明HY5的移动性是其功能所必需。
讨论部分指出，该研究澄清了ABA在生长停止中的关键作用，并揭示了PtoHY5作为双重功能调节因子——既作为转录整合子直接抑制ABA-SVL模块，又作为移动信号从叶片向茎尖传递光周期信息。结论部分总结如下：长日照下，PtoHY5抑制ABA合成和PtoSVL，同时激活FT2，维持生长；短日照下，PtoHY5水平下降，导致FT2下调和ABA-PtoSVL轴去抑制，从而协调生长停止和休眠启动。该模型为多年生树木季节性生长调控提供了统一框架。
