當我們把一顆種子埋在土壤中，它在黑暗中萌發，長出細長的黃化幼苗。而一旦接觸到陽光，幼苗就會立刻停止伸長，葉片迅速轉綠——這一神奇的生命轉換背後，隱藏着植物感知和傳遞光線密碼的精密分子機制。

近日，中國科學院華南植物園劉勳成研究員團隊首次揭示了一種名爲“乙酰化”的蛋白質修飾方式在幼苗從“破土” 到“見光生長”過程中的核心調控作用。該成果近日發表於國際學術期刊《分子植物》（Molecular Plant）。

（圖片來源：作者使用AI生成）

幼苗從黑暗到照光後的劇變：蛋白質“去乙酰化”大爆發

種子植物一生中最重要的轉變之一，就是從黑暗中的“黃化生長”（skotomorphogenesis）轉向光照下的“光形態建成”（photomorphogenesis）。這一過程涉及成千上萬蛋白質的精密調控。賴氨酸乙酰化修飾（Lys-Ac）作爲一種進化上保守而重要的蛋白質修飾方式，這種修飾方式可以改變蛋白質的結構、穩定性和功能，在植物發育中扮演着關鍵角色。然而，它在幼苗“脫黃化”過程中的具體功能，一直是個未解之謎。

該團隊以模式植物擬南芥（一種生長週期短，個體小，且易於遺傳轉化的植物材料）爲研究對象，創新性地對幼苗進行了光照前後的全蛋白質組乙酰化修飾分析。結果令人驚訝：當黑暗中的幼苗接觸到光後，蛋白質的賴氨酸乙酰化修飾呈現大面積減少——這提示着“去乙酰化”過程在光信號傳導中扮演關鍵角色。

光受體phyA動態乙酰化變化：一個關鍵的分子開關被發現

在植物從黑暗環境轉向光照的過程中，光受體蛋白扮演着至關重要的角色。本研究就聚焦於植物重要的光受體——光敏色素A（phyA）。團隊在早期研究中，通過最前沿的高通量蛋白質乙酰化組學實驗，比較了黑暗生長的擬南芥幼苗與出土見光生長3小時後的幼苗中發生乙酰化修飾變化的蛋白質和位點。發現當黃化幼苗見光後，phyA蛋白第65位的賴氨酸（K65）會發生特異性去乙酰化修飾。

更關鍵的是，這個位點正是調控phyA穩定性的“分子開關”：K65去乙酰化直接促進phyA的泛素化修飾（一種蛋白質修飾方式，通常作爲蛋白質降解的標記物）；泛素化標記進而引導phyA被26S蛋白酶體降解。這一降解過程對phyA行使光信號傳導功能至關重要。這是因爲，作爲光的信使，phyA蛋白在傳遞完光信號的幾個小時內，必須要儘快的降解，從而避免過度的生化作用抑制幼苗的發育。

鎖定關鍵調控因子：植物特有的HDT2

我們進一步追蹤發現，一種植物特有的去乙酰化酶HDT2，正是操控這一過程的關鍵因子。

通過蛋白質互作分析技術，如蛋白質複合體分析、雙分子熒光互補以及免疫共沉澱等實驗，我們發現HDT2在細胞核內與phyA直接相互作用，並特異性催化phyA的K65位點去乙酰化，促進phyA的泛素化修飾與蛋白質的快速降解。

我們還開展了遺傳學實驗對此進行證實，結果顯示，HDT2缺失突變體在遠紅光下表現出明顯的光形態建成缺陷，充分說明該酶在phyA介導的光信號通路中的核心地位。

圖注：野生型和HDT2缺失突變體幼苗在遠紅光下的生長表型

（圖片來源：參考文獻[1]）

科學意義：揭示光控植物發育新機制

這項研究具有重要的科學意義，首次揭示出光觸發蛋白質大規模去乙酰化是幼苗脫黃化的關鍵事件，其中光受體phyA通過其K65位點的特異性去乙酰化實現自身降解調控。值得注意的是，研究還鑑定出植物特有酶HDT2是光信號與蛋白質修飾的橋樑，這一發現爲理解植物光形態建成的分子機制提供了全新視角。

“這項工作揭示了賴氨酸去乙酰化修飾在植物光形態建成中的核心地位，”劉勳成研究員表示，“它首次證明蛋白質乙酰化修飾直接調控光受體的穩定性，爲理解植物光信號轉導開闢了新維度。”

這項基礎研究的突破，不僅加深了對植物光感知機制的認知，也爲未來通過分子設計調控作物幼苗生長提供了新的理論靶點。

結語

當種子破土而出，幼苗迎接第一縷陽光時，一場由HDT2精密調控的蛋白質去乙酰化風暴正在細胞核內上演——正是這些納米尺度的分子事件，決定了植物生命的綠色轉型，也成爲植物開啓光合生命的第一個重要轉折點。從黑暗到光明，從依賴到自養，這場微觀世界的分子風暴，最終推動了植物王國至關重要的生存轉型。

參考文獻：

[1]Zheng, Feng, et al. “HDT2-mediated lysine deacetylation promotes phytochrome A degradation during photomorphogenesis in Arabidopsis.” Molecular Plant (2025).