GLKs directly regulate carotenoid biosynthesis via interacting with GBFs in nuclear condensates in plants

类胡萝卜素 生物合成 生物化学 突变体 生物 叶绿体 基因 八氢番茄红素合酶 转录因子 细胞生物学
作者
Tianhu Sun,Shaohua Zeng,Xin Wang,Lauren A. Owens,Zhangjun Fe,Yunde Zhao,Michael Mazourek,James J. Giovannoni,Li Li
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:6
标识
DOI:10.1101/2022.09.09.507346
摘要

ABSTRACT Carotenoids are vital photosynthetic pigments for plants and provide essential nutrients for humans. However, our knowledge of the regulatory control of carotenoid biosynthesis remains limited. Golden2-like transcription factors (GLKs) are widely recognized as essential and conserved factors for chloroplast development and the major regulators of chlorophyll biosynthesis. Yet the molecular mechanisms by which GLKs transcriptionally activate their target genes are unclear. Here, we report that GLKs directly regulate carotenoid biosynthesis in a G-box Binding Factor (GBF)-dependent manner. Both in vitro and in vivo studies reveal that GLKs physically interact with GBFs. Through the direct binding of GBFs to the G-box motif, the GLK-GBF regulatory module transcriptionally activates phytoene synthase ( PSY ), the gene encoding the rate-limiting enzyme for carotenoid biosynthesis. The ability of GLKs to promote carotenoid and chlorophyll biosynthesis is greatly diminished in the Arabidopsis gbf1/2/3 triple knockout mutants, showing the requirement of GBFs for GLK function. GLKs and GBFs form liquid-liquid phase separation-mediated nuclear condensates as the compartmented and concentrated transcriptional complexes. Our findings uncover a novel and conserved regulatory module for photosynthetic pigment biosynthesis through formation of GLK-GBF transcriptional complexes and nuclear biomolecular condensates in plants. One-sentence summary GLKs transcriptionally regulate photosynthetic pigment synthesis in a GBF-dependent manner and are associated with the formation of phase separation-mediated nuclear condensates.
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