近日，我校生命与环境科学学院于彦春教授团队联合中国水稻研究所钱前院士课题组揭示了水稻Ⅰ型Formin蛋白调控植株的生长和强光刺激的叶绿体重定位的分子机制，并作为共同通讯作者于Plant Physiology在线发表了题为Formin protein DRT1 affects gross morphology and chloroplast relocation in rice的研究成果。

光作为地球上绝大部分生物能量的来源，对人类社会的农业生产有着无可比拟的作用。位于植物叶肉细胞中的叶绿体，是植物进行光合作用的器官，对干物质积累有重要影响。植物为了获取合适的光合效率，自身有着一套精密的调控机制：在弱光的情况下，叶绿体垂直于入射光，平铺在细胞的上下表面，使光合效率最大化；在强光的情况下，叶绿体平行于入射光，排列于细胞侧壁，以减少强光直射造成的光伤害。目前已知光受体及其下游因子和Actin微丝在蓝光驱动的叶绿体移动中发挥重要作用，但是Actin微丝形成因子是如何参与光驱动的叶绿体移动，其分子机制仍不清楚。

通过对水稻EMS诱变突变体库筛选，研究者发现了一株株型矮小、少分蘖突变体dwarf and reduced tillering (drt1)，并利用图位克隆得到了DRT1基因，该基因编码Ⅰ型Formin蛋白OsFH13。Formin蛋白家族是一类微丝微管结合蛋白，拥有保守的FH1和FH2功能域，分为Ⅰ型和Ⅱ型两类。目前已知，植物Ⅰ型Formin蛋白参与调控微丝和微管，影响花粉管伸长、根细胞的极性生长、植物免疫等；Ⅱ型蛋白影响细胞的分裂、植株形态。尽管如此，目前学界对水稻Ⅰ型Formin蛋白调控叶绿体光诱导重定位的调控机制尚不清楚。

通过利用水稻原生质体的瞬时转化，研究者发现，DRT1蛋白定位于细胞质膜和叶绿体，同时利用叶绿体组分分离试验进一步证明，其定位于叶绿体的外膜。酵母筛库实验得到DRT1的互作蛋白OsPHOT2，OsPHOT2呈现出相同的定位模式，且它们在叶绿体上的定位依赖于光。在后续研究中，研究者发现，DRT1参与OsPHOT2介导的强光下叶绿体的迁移过程。

DRT1参与叶绿体在强光下的重定位

最终，研究团队提出了DRT1-OsPHOT2调控模块的工作模型：正常培养条件下，DRT1与F-actin结合，促进肌动蛋白聚合，从而调控细胞分裂和伸长；高光条件下，质膜定位的DRT1和OsPHOT2共同移动到叶绿体膜上，参与叶绿体移动等蓝光介导的光反应。

DRT1调控水稻生长和叶绿体重定位模式图

该论文接受国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等资助。

作者简介：

于彦春，博士，教授，博导。浙江省“钱江学者”特聘教授、浙江省“151”人才工程第一层次、杭州市“521”人才。通过遗传学、生物化学、细胞生物学及组学等手段，开展水稻和拟南芥非生物胁迫、光信号转导和株型调控分子机制研究。主持国家自然科学基金委和科技部项目6项，发表SCI收录论文20余篇，其中以第一作者或通讯作者在Plant Cell、PNAS、Nature Communn、Plant J、New Phytol、Sci China Life Sci、Theor Appl Genet和Plant Physiol等学科主流期刊上发表学术论文十余篇。