全 文 ：植物学报Chinese Bulletin of Botany 2009, 44 (1): 69-78, w w w .chinbullbotany.com
收稿日期: 2008-06-23; 接受日期: 2008-06-27
基金项目: 国家自然科学基金(No.30170558)和国家科技支撑计划(No.2007BAD59B06)
* 通讯作者。E-mail: w angx j@scnu.edu.cn
.研究论文.
蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应
高苏娟 1 , 谢修志1, 陈兆平 1 , 黄志刚1, 赵琦 2 , 王小菁1*
1华南师范大学生命科学学院, 广东省植物发育生物工程重点实验室, 广州 510631
2首都师范大学生命科学学院, 北京 100037
摘要 以航空诱变高粱突变体har1为材料, 对其幼苗去黄化过程进行研究。萌发的种子在远红光下预培养6小时后, 置于12
小时蓝光/12小时黑暗条件下培养。测量幼苗的各器官伸长, 结果表明, 与野生型R111相比, har1的胚芽鞘、中胚轴、第一叶
鞘以及第二叶鞘的伸长均受到蓝光的明显抑制, 而蓝光对叶片生长影响不明显。3天龄har1黄化苗在连续蓝光下中胚轴花色
素苷的积累明显增高, 红光和远红光无此效应。此外, 蓝光促进har1叶片叶绿体发育, 且在蓝光照射24小时后叶片中叶绿素
含量升高。Western blot检测结果显示, 7天龄R111和har1幼苗隐花色素SbCRY1b蛋白水平呈现蓝光下低、黑暗中高的变
化趋势, har1的SbCRY1b蛋白水平在黑暗中高于R111。研究结果表明, 高粱har1在去黄化过程中具有蓝光超敏感表型,
SbCRY1b的作用值得进一步深入研究。
关键词 蓝光, 隐花色素, 去黄化, 突变体, 高粱
高苏娟 , 谢修志 , 陈兆平 , 黄志刚 , 赵琦 , 王小菁 (2009). 蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应. 植物学报 44, 69-78.
植物可塑性的胚后发育是区别于动物发育的主要特
征, 这是通过外界环境和内部发育因子共同作用来完成
的(Jiao et al., 2007)。光照是影响胚后发育的最主要
环境因素, 高等植物种子萌发后幼苗的光形态建成反应
就是典型的光控胚后发育过程。植物通过不同的光受体
如光敏色素(phytochrome, phy)、隐花色素(cryptoch-
rome, cry)、向光素(phototropin, phot)以及 UV-B 受体
(UV-B receptor)分别感受红光 /远红光、蓝光 / 近紫外
光以及 UV-B等不同光质(Briggs and Olney, 2001), 继
而通过不同的信号转导网络传递环境中光的信号, 以此引
发细胞内的生理生化反应, 直至完成植物的光形态建成。
在高等植物中, 去黄化(de-et iolation)是种子萌发后
的第一个重要的光形态建成反应, 有时将它广义地称为
光形态建成反应。在双子叶植物中, 去黄化包括了茎或
胚轴伸长抑制、弯钩打开、子叶与幼叶的伸展、叶绿
体发育和色素合成相关基因表达等生理生化和形态反应
(Lin, 2002)。至今已对拟南芥幼苗去黄化反应的分子途
径有了较为深入的研究, 光受体通过基因转录调控网络
传递光信号, 调控去黄化过程(Jiao et al., 2007), 蛋白
质的降解也具有重要的作用(Osterlund et al. , 2000)。
在拟南芥中, 光通过COP1复合物、COP9 信号复合
物(CSN)以及 CDD 复合物 3组蛋白调控与幼苗去黄化
相关的基因表达(Chen et al., 2006)。光敏色素和隐花
色素是介导去黄化反应的主要光受体(Su l l i van and
Deng, 2003), 二者既有独立的作用, 也有相互作用。它
们还介导了花色素苷形成、生理钟与开花等反应(Chen
et al., 2004; Jiao et al., 2007)。但至今人们对单子叶
禾本科植物的去黄化反应的分子机理了解较少, 需要来
自更多物种的实验证据。
HY4是第一个被克隆与鉴定的蓝光 /近紫外光受体
基因(Ahmad and Cashmore, 1993), 后被称作隐花色素
1基因(CRY1)。以后又获得了 CRY2 (Lin et al., 1996)
和 CRY3(Kleine et al. , 2003; Huang et al., 2006)。其
中 CRY3从结构到细胞定位都与前2个受体有很大差异。
在其它高等植物中也陆续报道了隐花色素基因。在番茄
和水稻中至少有 3个基因, 分别是 CRY1a、CRY1b 和
CRY2(Perrotta et al., 2000, 2001; Hirose et al., 2006)。
豌豆中也有 3个基因, 分别为 CRY1、CRY2a和 CRY2b
70 植物学报 44(1) 2009
(Platten et al., 2005)。不同的隐花色素分子如何调控蓝
光 / 近紫外光反应还需进一步深入研究。
高粱(Sorghum bicolor)作为单子叶禾本科 C4植物,
在粮食、饲料和能源生产等方面具有很大潜力
(Sorghum Genomics Planning Workshop Participants,
2005; Vermerris et al., 2007)。最近已完成并释放了
高粱的基因组序列。我们曾以R111叶片为材料, 克隆
并鉴定了一个高粱CRY 基因, 由于与水稻 CRY2序列
(BAB70688)同源性高达 87%, 因此命名为高粱CRY2
基因, 并制备了CRY2抗体(Xie et al., 2005)。经过与
高粱基因组信息(ht tp: / /genome. jgi-ps f.org/Sorbi1/
S o rb i 1 .hom e. h t ml )进行比对, 发现该基因应属于
CRY1b, 因此更名为 SbCRY1b。高粱也具有与番茄和
水稻相似的 3个 CRY 基因。它们如何调控高粱的光形
态建成反应还有待进一步研究。赵玉锦等(2001)将纯
系 R111高粱种子经卫星搭载后筛选获得了稳定遗传突
变体航矮R111(har1)。har1具有矮生、早熟且每穗粒
数和千粒重都有所增加的丰产性状。我们通过初步实
验发现, 蓝光对har1幼苗的一些器官的生长具有抑制作
用。本研究通过测定 har1幼苗在蓝光下各器官的生长
指标, 研究高粱的光形态建成反应, 并在克隆SbCRY1b
和制备抗体(Xie et al. , 2005)的基础上, 测定 har1的
SbCRY1b含量变化。本研究为深入探讨高粱幼苗的光
形态建成的分子机制奠定了基础, 并对开展高粱的分子
设计育种提供了有价值的参考信息。
1 材料与方法
1.1 材料
高粱(Sorghum b icolor L.)野生型R111和航空诱变突变
体 har1种子为中国科学院植物研究所童哲研究员提供,
并在本校植物试验场繁殖。
1.2 方法
1.2.1 种子萌发及培养条件
经过选种, 将种子放入55°C温水中浸泡20分钟, 用10%
次氯酸钠(v/v)消毒20分钟, 蒸馏水洗净后, 置于25°C生
化培养箱中, 浸种 18 小时至露白。将露白的种子播种
在铺有 3层纱布和 3层滤纸的含有Hoagland营养液的
培养皿中, 25°C 下黑暗或光照培养。
1.2.2 蓝光处理后的幼苗形态指标测量
将露白的种子放入 Percival三色植物培养箱(E-30LED,
美国)中培养, 先用 1.8 mmol.m-2.s-1远红外光预处理 6
小时, 然后置于光照周期为 12小时蓝光 / 12小时黑暗
下培养, 蓝光光照强度为 20 mmol.m-2.s-1。每 24小时
随机取 R111和 har1幼苗20株, 用Epson扫描仪扫描。
生长指标测量在Adobe Photoshop CS (8.01)中进行,
用 EXCEL软件进行数据处理。结果为 3次重复的平均
值±标准误差, 并采用DPS数据统计软件进行方差分析
和 Duncan 多重比较显著性分析。作图软件为Sigma
Plot 10.0。
1.2.3 花色素苷含量的测定
将露白的种子进行 3天暗培养, 然后分别置于蓝光(20
mmol.m-2.s-1)、红光(2 mmol.m-2.s-1)和远红光(1.8
mmol.m-2.s-1)条件下进行连续光照培养, 每 6小时取
R111和 har1幼苗中胚轴进行花色素苷含量的测定。测
定方法参照Meng和Wang (2004)。将中胚轴置于含
1%盐酸的甲醇中, 4°C浸提过夜, 取上清液测定530 nm
和 657 nm波长处的光吸收值。花色素苷的相对含量按
照公式 A=A530-1/4A657 计算, 结果以 A.g-1 FW 表示。
每个处理重复 3 次。
1.2.4 叶绿体超微结构观察
将 3天龄的黄化苗在蓝光(2 mmol.m-2.s-1)下进行连续
光照处理。分别在光照 6、12和 24小时取第一片叶尖
部 0.5 cm长的部分, 用戊二醛在 4°C条件下固定 12小
时, 经磷酸缓冲液冲洗 6次后, 用 1% 锇酸 4°C下固定
6小时, 然后用磷酸缓冲液冲洗 6次, 乙醇梯度脱水, 环
氧丙烷置换, 最后渗透并包埋于 Epson-812环氧树脂
中。用 Leica LKT型超薄切片机切片。超薄切片经过
醋酸双氧铀及柠檬酸铅染色后, 于 phil ips EM400透射
电子显微镜下进行观察并拍照。
71高苏娟等: 蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应
1.2.5 叶绿素含量的测定
将3天龄的黄化苗在蓝光(20 mmol.m-2.s-1)下进行连续
光照处理, 每 12 小时取 R111和 har1幼苗叶片进行叶
绿素含量的测定。测定方法参照 Arnon(1949 )。每个
处理重复 3 次。
1.2.6 Westen blot检测
将 12小时蓝光 (20 mmol.m-2.s-1)/12小时黑暗条件下
培养的 7天龄 R111和 har1幼苗, 分别在光下(中午 12:
00)、黑暗(第 2天 6:00)、光下(第 2天中午 12:00)取
其幼苗地上部分, 提取总蛋白质, 进行Western blot 检
测。抗体的制备以及实验方法参照Xie等(2005)。100
mg幼苗总蛋白经 10% SDS-PAGE 电泳 2小时后, 用
电转移仪在 40 V 下将蛋白质转移到硝酸纤维膜上。一
抗为兔抗-StCRY1b 抗体(1:5 000), 二抗为碱性磷酸酶
标记的羊抗兔 IGg, NBT/BCIP 系统显色检测。实验重
复 3 次以上。
1.2.7 光源
花色素苷测定实验中将幼苗培养在培养室中, 以 40 J.
s-1蓝色和红色荧光灯(广州灯泡厂生产)作为光源, 透过
蓝色滤膜(#73)和红色滤膜(#20)( ー日本ケ ルティエヌ株
式社生产)得到蓝光与红光; 以白光通过远红光滤板(美国
West lake plast ics, Rohm and Haas No.58015)获得
远红光。光强采用日本产O pt i c a l P ower M e t e r
TQ8210型手持测定仪测定, 通过开启灯管数目和调整
培养材料与灯管之间的距离调节光强。
2 结果与分析
2.1 蓝光抑制har1中胚轴、芽鞘和叶鞘的生长
将露白的种子置于 12小时蓝光 /12小时黑暗下持续培
养。如图 1所示, 在所测定的 7天内, 从第 3天开始可
观察到 har1幼苗生长与野生型 R111有明显差异, har1
生长受抑制程度约为23%, 抑制作用在随后几天仍可观
察到。对 R111 和 ha r1 幼苗中胚轴、胚芽鞘、叶鞘
以及叶片长度进行测量, 结果(图 2)表明, R111和 har1
幼苗的中胚轴和胚芽鞘均在光照下 7天内伸长较快, 此
后长度变化不大; 蓝光分别照射2天和3天时, 可观察到
har1胚芽鞘和中胚轴伸长受抑制明显, 第 5天差异最为
显著, 分别较野生型短 18% 和 45% (图 2A)。与 R111
相比, har1幼苗叶鞘发育较慢且明显较短, 其中第一叶
鞘于光照第 5天时较野生型短 30%, 第二叶鞘第 5、6
和 7天差异均比较明显, 分别比野生型短 48%、25%
以及 42%(图2B)。如图2C和图2D所示, 蓝光下har1
幼苗叶片的长度和宽度与野生型差异不大。由此可
见, 蓝光条件下 har1幼苗较 R111矮, 其主要原因是
中胚轴和叶鞘伸长受到抑制。
图 1 蓝光下生长的 har1突变体幼苗形态
露白的R111(野生型)和 har1(突变体)种子于 1.8 mmol.m-2.s-1远
红光下预处理 6小时后, 置于 12小时蓝光(20 mmol.m-2.s-1)/12小
时黑暗下培养, 每 24小时取材拍照。照片示在蓝光下培养 1(A)、
2(B)、3(C )、4(D)、5(E)、6(F)和 7(G)天的高粱幼苗地上部
分。Ba r=1 cm
Figur e 1 Phenotypes of har1 mutant seedlings responding to
blue light
The germinated seeds of R111 (w ild type) and har1 (matant)
w ere pre-treated under 1.8 mmol.m-2.s-1 far-red light for 6 h, and
then w ere incubated under 12 h blue light (20 mmol.m-2.s-1) /12 h
dark. Seedling images w ere produced every 24 h. Figures show
seedlings af ter 1(A) , 2(B) , 3(C) , 4(D) , 5(E) , 6(F)和 7(G) d
culture. Bar=1 cm
72 植物学报 44(1) 2009
图 2 蓝光下 har1突变体幼苗各器官生长的时间进程
生长和光照条件如图 1所示; n=20, *P = 0.01
Figur e 2 Time courses of organ grow th of har1 mutant responding to blue light
Grow th condition and light ir radiation w ere as desc ribed as f igure 1; n=20, *P = 0.01
73高苏娟等: 蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应
2.2 蓝光对har1幼苗中胚轴花色素苷积累的影响
将 3天龄的黄化苗分别于蓝光、红光以及远红光条件下
进行连续光照培养, 每 6小时取中胚轴测定 1次花色素
苷含量。结果(图 3)表明, 蓝光明显促进 har1花色素苷
的积累。R111中胚轴在蓝光下花色素苷积累变化不大,
而 har1在光照后 12小时花色素苷含量开始明显增加,
48小时其含量是 R111的 6.57倍。红光和远红光对花
色素苷含量无明显影响。说明 har1中胚轴花色素苷的
积累是受蓝光特异诱导的反应。
2.3 蓝光对har1叶片叶绿体发育及叶绿素含量
的影响
将 3天龄的黄化苗在 20 mmol.m-2.s-1蓝光下进行连续
光照处理, 分别在6、12和24小时取第1片叶尖0.5 cm
长的部分进行超微结构的观察。结果(图 4)表明, har1
叶片质体的发育比 R111早。光照后 6小时, 在 R111
叶片质体中可观察到明显的晶体状原片层体结构(图
4A), 而此时har1的质体晶体状原片层体结构已经消失,
可见基质片层结构(图 4D); 光照 12小时, 可见 R111基
质片层结构排列整齐, 且出现了基粒类囊体的垛叠(图
4B), 而har1的质体中类囊体的垛叠数更多(图4E); 光照
图 3 红光、远红光和蓝光对har1突变体中胚轴花色素苷积累
的影响
3天龄黄化苗移至20 mmol.m-2.s-1蓝光、2 mmol.m-2.s-1红光和
1.8 mmol.m-2.s-1远红光下进行连续光照处理, 每 6小时测定花色
素苷的相对含量。每个处理重复 3 次。
BL: 蓝光; RL: 红光; FRL: 远红光
Figure 3 Anthocyanin accumulation of mesocoty ls in har1
under red, far -red and blue light
3 d-old etiolated seedlings w ere exposed to blue light (20 mmol.
m-2.s-1), red light (2 mmol.m-2.s-1), and f ar- red light (1.8 mmol.
m-2.s-1), respectively . Har1 mutant mesocotyls w ere harves ted
every 6 h for the determination of anthocyanin content. Values
are mean ± SE of three repeated experiments.
BL: Blue light; RL: Red light; FRL: Far-red light
图 4 蓝光对 har1突变体叶片叶绿体发育的影响
3天龄黄化苗连续用20 mmol.m-2.s-1蓝光处理 6、12和 24小时,
分别取第 1片叶距叶尖 0.5 cm的部分, 用透射电镜观察叶绿体超
微结构并拍照。
(A)-(C) : 6小时(A)、12小时(B)和 24小时(C)蓝光照射后的野
生型R111叶片叶绿体超微结构; (D)-(F): 6小时(D)、12小时(E)
和 24小时(F)蓝光照射后的突变体har1叶片叶绿体超微结构。
Figur e 4 Ef fects of blue light on the plastid development of
har1 leaves
3 d-old etiolated seedlings w ere exposed to blue light (20 mmol.
m-2.s-1) 0.5 cm topmost of the f ir st leaf w as harves ted 6, 12
and 24 h after blue light ir radiation for the observation of plas-
tid ultrastruc ture by transmission electron mic roscopy.
(A)-(C): Ultras tructure of plastids from R111 leaves after 6 h
(A), 12 h (B), 24 h (C) blue light ir radiation, respectively; (D)-
(F): Ultrastructure of plas tids from har1 leaves after 6 h (D), 12
h (E), 24 h(F) blue light ir radiation, respectively.
74 植物学报 44(1) 2009
24小时, har1的类囊体垛叠程度仍较R111明显增多(图
4C, F)。对蓝光处理的幼苗叶片叶绿素含量进行测定,
结果(表 1)显示, har1幼苗叶片叶绿素含量从光照 24小
时开始直至 60 小时均高于R111。差异显著性分析表
明, 光照后 24 小时差异最为明显。
2.4 蓝光对R111和har1幼苗中SbCRY1b表达
量的影响
在12小时蓝光(20 mmol.m-2.s-1)/12小时黑暗下培养的
7天龄 R111和 har1幼苗, 分别于光下(中午 12:00)、黑
暗(第 2天 6:00)、光下(第 2天中午 12:00)取其地上部
分, 提取总蛋白质, 进行Western blot 检测。 结果(图
5)表明, 不论是野生型R111还是har1幼苗的SbCRY1b
蛋白质含量均在光照下较低, 呈现出弱 -强 -弱的变化节
奏; har1幼苗中SbCRY1b在黑暗中的表达量比R111更
高, 节奏更加明显。
3 讨论
茎伸长受抑制、子叶扩大、花色素苷积累以及叶绿体
发育都是典型的去黄化反应, 是由隐花色素和光敏色素
共同介导的(Cashmore et al., 1999; Yang et al. , 2000;
Lin, 2002)。在拟南芥和番茄中, cry1和 cry2是蓝光抑
制下胚轴伸长、花色素苷积累以及质体发育的主要光
受体 (Young et al., 1992; Ninu et al., 1999; Weller et
al. , 2001; Ahmad et al. , 2002; Zhao et al. , 2007)。
油菜cry1介导了蓝光调节的下胚轴伸长抑制和花色素苷
合成(Chatterjee et al. , 2006)。 豌豆 BnCRY1和水稻
OsCRYs 也参与了去黄化反应(Plat ten et al., 2005;
Hirose et al., 2006; Zhang et al., 2006) 。目前, 蓝光
调节去黄化反应受 cry介导的大多数证据来自双子叶植
物, 特别是拟南芥。单子叶禾本科植物仅在水稻中有报
道(Hirose et al., 2006; Zhang et al. , 2006), 因此需要
图 5 har1幼苗CRY 1b免疫印迹分析
R111和 har1幼苗生长在 12小时蓝光 (20 mmol.m-2.s-1)/12小时
黑暗下, 分别在光下(中午 12:00)、黑暗(第 2天 6:00)、光下(第
2天中午 12:00)取 7天龄幼苗的地上部分, 进行Western blot检测。
Figur e 5 Western blot of CRY 1b in the har1 seedlings
7 d-old seedlings of R111 and har1 grow n under 12 h blue light
(20 mmol.m-2.s-1) /12 h dark w ere harvested at light (12:00),
dark (nex t 6:00) and light (next 12:00) , respectively , and the
shoots w ere used for Western blot.
表中数据为测定平均值±标准误; * P<0.05。Values w ere the average±SE; * P<0.05.
75高苏娟等: 蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应
更多来自禾本科植物的证据。
Wang和Iino (1997) 曾发现蓝光能抑制玉米胚芽鞘
生长, 这种抑制作用与蓝光诱导的质膜阴离子通道活
化、质膜的去极化以及原生质体收缩具有相关性。本
研究结果表明, 与野生型高粱R111相比较, 蓝光对har1
突变体中胚轴、胚芽鞘和叶鞘的伸长抑制作用更明显
(图 1, 图 2A, B)。蓝光下高粱 har1幼苗的伸长抑制主
要是由于中胚轴与叶鞘的生长受抑制所致。在去黄化
过程中, 光诱导花色素苷积累现象在大多数植物中都存
在, 但在不同的植物中, 光的诱导作用不尽相同(Lange
et al., 1971; Neuhaus et al., 1993)。例如在白芥中,
光敏色素介导花色素苷合成(Lange et al., 1971), 而在
拟南芥幼苗中, 蓝光能有效促进花色素苷的积累 (王曼和
王小菁, 2002; Chen et al. , 2006)。本实验中, 高粱突
变体har1中胚轴的花色素苷积累对红光和远红光没有响
应, 而蓝光能特异性促进花色素苷的积累(图 3), 中胚轴
明显呈红色(图片未显示)。因此, har1可作为研究光调
控花色素苷积累的分子机制的良好实验材料。植物叶
绿体发育是胚后生长发育中最重要的反应之一, 是奠定
植物光自养的基础。研究证实, 质体发育受光的诱导
(Nemhauser and Chory, 2002; Lin, 2002; Sullivan and
Deng, 2003)。本研究对 har1和 R111幼苗去黄化过程
中叶绿体超微结构的电镜观察显示, har1叶片的质体发
育较 R111快(图4), 与此相适应的是蓝光下 har1幼苗叶
片的叶绿素含量高于 R111, 光照 24小时后差异最明显
(表 1 )。
高粱 har1幼苗所表现出的中胚轴、胚芽鞘以及叶
鞘伸长受抑制、中胚轴花色素苷积累增加、质体发育
加快以及叶绿素含量增加与拟南芥CRY 缺失突变体的
表型相反。例如, 缺失 CRY1的拟南芥突变体 cry1呈
现下胚轴伸长、花色素苷减少以及子叶变小的表型
(Ahmad et al., 1995)。相反, 超表达CRY2的转基因
拟南芥对蓝光超敏感(L in et al. , 1998 )。Yang 等
(2000)分别将 CRY1和 CRY2的 C端超表达, 获得了转
化的拟南芥植株, 黑暗中幼苗下胚轴伸长明显受抑制、
子叶伸展并转绿、叶绿体发育加快, 植株在长日照下提
前开花。在烟草中超表达CRY1 导致植株对蓝光的敏
感性升高(Lin et al. , 1995, 1996)。此外, 蓝光下,
OsCRY1超表达水稻植株的叶片和叶鞘长度明显较野生
型短, 而反义OsCRY2植株却表现出推迟开花的表型
(Hirose et al., 2006)。我们认为, 高粱 har1幼苗所表
现出的增强的去黄化表型, 以及提早开花表型(赵玉锦等,
2001), 都说明 har1是一个蓝光超敏感突变体。
CRY如何传递蓝光信号的分子机制大多来自对于拟
南芥的研究。照射蓝光后, CRY1的发色团 FA D发生
分子内电子传递, 使N端二聚体发生改变, 进而改变C端
构象, 激活 C端从而引发信号转导途径, COP1被证明
是与 CRY 相互作用的下游组分(Wang et al. , 2001;
Yang et al., 2001)。CRY 蛋白的降解在蓝光早期信号
转导中起重要作用(Lin and Shalit in, 2003; Chen et al.,
2004)。但对 CRY 在单子叶禾本科植物中的作用机制
研究还非常欠缺。我们发现, har1幼苗 SbCRY1b蛋白
水平在黑暗中较R111高, 说明该蛋白积累或降解与野生
型有所不同, 推测 SbCRY1b有可能介导了蓝光调节的
高粱幼苗去黄化反应。此外, 我们已经证明在野生型
R111中, SbCRY1b见光降解(Xie et al., 2005)。进一
步深入研究SbCRY1b 和其它高粱CRY 基因在蓝光调
节的高粱幼苗去黄化反应中的调控作用, 将有助于最终
阐明单子叶禾本科植物的光形态建成的调控机制。
参考文献
王曼 , 王小菁 (2002)．蓝光、紫外光的受体及其对CHS表达的
研究．植物学通报19, 265-271．
赵玉锦 , 赵琦 , 白志良 , 王呈祥 , 李占录 , 崔庆玲 (2001)．空间
诱变高粱突变体的研究．植物学通报 18, 81-89.
Ahmad M, Cashmor e AR (1993). HY4 gene of A. thaliana en-
codes a protein w ith charac ter ist ic s of a blue- light
photoreceptor. Nature 366, 162-166.
Ahmad M, Grancher N, Heil M, Black RC, Giovani B, Galland
P, Lardeme r D (2002) . Ac tion spectrum for cryptochrome
dependent hypocoty l grow th inhibition in A rabidopsis . Plant
Physi ol 129, 774-785.
Ahmad M, Lin CT, Cashmore AR (1995). Mutations throughout
76 植物学报 44(1) 2009
an Arabidops is blue-light photoreceptor impair blue-light- re-
sponsive anthocyanin accumulation and inhibition of mesocotyl
elongation. Plant J 8, 653-658.
Ar non DI (1949) . Copper enzymes in isolated chloroplasts
pylyphenoloxidase in Beta valgaris. Plant Phys iol 24, 1-15.
Briggs WR, Olney M A (2001) . Photoreceptors in plant photo-
mo rpho gen es i s to da te: f iv e p hy to chr ome s , t w o
cryptochromes, one phototropin, and one superchrome. Plant
Physi ol 125, 85-88.
Cashmore AR, Jarillo JA, Wu YJ, Liu D (1999). Cryptochromes:
blue light receptors for plants and animals. Science 284, 760-
765.
Chatte rjee M, Shar ma P, Khurana JP (2006). Cryptochrome 1
from Brassi ca napus is up- regulated by blue light and con-
trols hypocotyl/stem grow th and anthocyanin accumulation.
Plant Physi ol 141, 61-74.
Chen H, Shen Y, Tang X, Yu L, Wang J, Guo L, Zhang Y,
Zhang H, Feng S, St rickland E, Che n M , Chor y M ,
Fankhauser C (2004). Light s ignal transduction in higher
plants. Annu Rev Genet 38, 87-117.
Chen H, Shen Y, Tang X, Yu L, Wang J, Guo L, Zhang Y,
Zhang H, Feng S, Strickland E, Zheng N, Deng XW (2006).
Arabidopsis CULLIN4 forms an E3 ubiquitin ligase w ith RBX1
and the CDD complex in mediating light control of development.
Plant Cell 18, 1991-2004.
Hirose F, Shinomura T, Tanabata T, Shimada H, Takano M
(2006). Involvement of rice cryptochromes in de-etiolation re-
sponses and f low ering. Plant Cell Physiol 47, 915-925.
Huang YH, Baxte r R, Smith BS, Par tch CL, Colber t CL,
Deis enhofer J (2006). Crys tal structure of cryptochrome 3
from Arabidopsis thal iana and its implications for photolyase
activity. Proc Natl Acad Sci USA 103, 17701-17706.
Jiao Y, Lau SO, De ng XW (2007). Light-regulated transcriptional
netw orks in higher plants. Nat Rev Genet 8, 217-230.
Kle ine T, Lockhart P, Batschauer A (2003). An Arabidopsis
protein closely related to Synechocystis cryptochrome is tar-
geted to organelles. Plant J 35, 93-103.
Lange H, Shropshire WJr, Mohr H (1971). An analysis of phy-
tochrome-mediated anthocyanin synthes is. Plant Physiol 47,
649-655.
Lin CT (2002). Blue light receptors and s ignal transduc tion. Plant
Cel l 14, S207-S225.
Lin CT, Yang HQ, Guo H, Mockler T, Chen J, Cashmore AR
(1998). Enhancement of blue light sensitiv ity of Arabidopsis
seedlings by a blue light receptor cryptochrome 2. Proc Natl
Acad Sc i USA 95, 2686-2690.
Lin CT, Ahm ad M , Chan J, Cashmore AR (1996). CRY2, a
second member of the Arabidopsis cryptochrome gene family.
Plant Physiol 110, 1047-1054.
Lin CT, Ahmad M , Gordon C, Cashmore AR (1995). Expres-
sion of an Arabidopsis c ryptochrome gene in transgenic to-
bacco results in hypersens itivity to blue, UV-A, and green
light. Proc Natl Acad Sci USA 92, 8423-8427.
Lin CT, Shalitin D (2003). Cryptochrome structure and signal
transduction. Annu Rev Plant Biol 254, 469-496.
Meng XC, Wang XJ (2004). Regulation of f low er development
and anthocyanin accumulation in Gerb era hybr ida. J Hort Sci
Biotech 79, 131-137.
Nem hause r J, Chory J (2002). Photomorphogenesis. In: The
Arabidopsis Book. American Society of Plant Biologists (http:/
/w w w .aspb.org/ publications/ arabidops is/).
Ne uhaus G, Boeler C, Ker n R, Chua NH (1993). Calcium/
calmodulin-dependent and -independent phytochrome signal
transduction pathw ays. Cell 73, 937-952.
Ninu L, Ahmad M , Miare lli C, Cas hmore AR, Giuliano G
(1999). Cryptochrome 1 controls tomato development in re-
sponse to blue light. Plant J 18, 551-556.
Osterlund M T, Hardtke CS, Wei N, Deng XW (2000). Targeted
des tabilization of HY5 during light-regulated development of
Arabidopsis. Nature 405, 462-466.
Pe rr ot ta G, Ninu L, Flam ma F, Welle r JL, Ke ndrick RE,
Nebuloso E, Giuliano G (2000). Tomato contains homologues
of Arabidops is cryptochromes 1 and 2. Pl ant Mol Biol 42,
765-773.
77高苏娟等: 蓝光调节高粱突变体 har1幼苗的去黄化反应
Perr otta G, Yahoubyan G, Nebuloso E, Renzi L, Giuliano G
(2001). Tomato and bar ley contain duplicated copies of
cryptochrome 1. Plant Cell Environ 24, 991-997.
Platten JD, Foo E, Elliott RC, Hecht V, Reid JB, Weller JL
(2005) . Cryptochrome 1 contributes to blue-light sens ing in
Pea. Plant Physi ol 139, 1472-1482.
Sor ghum Genomics Planning Wor ks hop Par ticipants
(2005) . Tow ard sequencing the sorghum genome. A U.S. Na-
tional Science Foundation-sponsored w orkshop report. Plant
Phys iol 138, 1898-1902.
Sullivan JA, Deng XW (2003). From seed to seed: the role of
photoreceptors in Arabidops is development. Dev Biol 260,
289-297.
Verme rris W, Saballos A, Ejeta G, Mosier NS, Ladisch MR,
Car pita NC (2007) . Molecular breeding to enhance ethanol
production from corn and sorghum stover. Crop Sci 47, S142-
S153.
Wang H, Wang HY, M a LG, Li JM, Zhao HY, Deng XW (2001).
Direct interaction of Arabidopsis cryptochromes w ith COP1 in
mediation of photomorphogenic development. Sc ience 294,
154-158.
Wang XJ, Iino M (1997). Blue-light-induced shrinking of proto-
plasts from maize coleoptiles and its relationship to coleoptile
grow th. Plant Physi ol 114, 1009-1020.
Welle r JL, Pe rr ot ta G, Schr e uder ME, van Tuim en A,
Koornneef M, Giuliano G, Kendrick RE (2001). Genetic
dissection of blue-light sensing in tomato us ing mutants defi-
cient in c ryptochrome 1 and phytochromes A, B1 and B2.
Plant J 25, 427-440.
Xie XZ, Chen ZP, Wang XJ (2005). Cloning and expression
analysis of CRY2 gene in Sorghum bicol or. J Plant Phys iol
Mol Biol 31, 261-268.
Yang HQ, Tang RH, Cashmore AR (2001). The signaling mecha-
nism of Arabidopsis CRY1 involves direct interaction w ith COP1.
Plant Cell 13, 2573-2587.
Yang HQ, Wu YJ, Tang RH, Liu D, Liu Y, Cashmore AR (2000).
The C terminal of Arabidopsis cryptochromes mediate a con-
stitutive light response. Cel l 103, 815-827.
Young JC, Liscum E, Hangarter RP (1992) . Spectral-depen-
dence of light inhibited hypocotyl elongation in photomorpho-
genic mutants of A rabidops is: ev idence f or a UV -A
photosensor. Planta 188, 106-114.
Zhang YC, Gong SF, Li QH, Sang Y, Yang HQ (2006) . Func-
ti ona l a nd s ig nal ing mec han ism an aly s is of r i ce
CRYPTOCHROME 1. Plant J 46, 971-983.
Zhao XY, Yu XH, Foo E, Symons GM, Lopez J, Bendehakkalu
KT, Xiang J, We ller JL, L iu XM, Re id JB, Lin CT (2007). A
study of gibberellin homeostasis and cryptochrome-mediated
blue light inhibition of hypocoty l elongation. Plant Physi ol 145,
106-118.
78 植物学报 44(1) 2009
Blue Light-mediated De-etiolation in Sorghum Mutant har1
Sujuan Gao1, Xiuzhi Xie1, Zhaoping Chen1, Zhigang Huang1, Qi Zhao2, Xiaojing Wang1*
1Gu ang dong Provi nci al Key Lab ora tory o f Bi ote chn olo gy for Pla nt Develop men t, Col lege of Li fe Sci ence s, Sou th Chi na Normal
Un ive rsi ty, Gu angzhou 51 063 1, Chi na
2Co lle ge of L ife Scien ces, Capital Normal Un iversit y, Bei jin g 1 0003 7, Chi na
Abstr act Sorghum is an impor tant food, f eed and biof uel crop w ith ‘C4’ photosynthes is . Understanding the mechanisms of
sorghum grow th and development regulated by light can help in molecular breeding to improve quality and better reveal the
biochemical and morphological specif ications. The present study used a Chinese home-made reversal satellite system to investi-
gate blue light (BL)-mediated de-etiolation in the sorghum har1 mutant. The seeds of both the w ild-type R111 and har1 mutant w ere
germinated and pre-cultured under 1.8 mmol.m-2.s-1 far-red light f or 6 h, then irradiated w ith BL under 12-h light (20 mmol.m-2.s-1)/
12-h dark conditions. The young seedlings of har1 show ed shor ter coleoptiles and mesocotyls and inhibited grow th than the w ild
type 2 to 3 d af ter BL irradiation. Elongation of the leaf sheath w as inhibited as w ell. The f irst and second leaf sheaths show ed 25%
to 48% inhibition in length as compared w ith that of R111, but leaf blades had s imilar lengths. Moreover, the anthocyanin accumu-
lation in mesocotyls of 3-d-old har1 seedlings w as remarkably higher than that of R111 after continuous BL irradiation; red and far-
red light had no s ignif icant eff ec t on pigmentation. Plastids developed in 3-d-old har1 leaves dur ing de-etiolation, w ith more
developed grana. The content of chlorophy ll in har1 seedlings w as higher than that of R111 seedlings after 24-h BL irradiation.
Immunoblot analysis w ith anti-SbCRY 1b antibody show ed SbCRY 1b expressed in both R111 and har1 mesocoty ls of 7-d-old
seedlings grow n under 12-h BL/12-h dark. Seedlings of the har1 mutant show ed higher accumulation of SbCRY1b in darkness. Our
results sugges t that har1 is hypersensitive to BL during de-etiolation. The role of SbCRY1b in the BL-mediated response of har1
remains to be elucidated.
Ke y words bl ue ligh t, crypto chrome, de -et iol ati on, mutant , Sorg hum bi col or
Ga o SJ , X ie XZ, Che n ZP, Huang ZG, Zhao Q, Wang XJ (200 9). Bl ue l ight -med iated d e-et iol atio n in sorghu m mu tant har1. Chin Bull
Bo t 44 , 6 9-78 .
* Author for correspondence. E-mail: w angxj@scnu.edu.cn
(责任编辑: 白羽红)