在植物与环境的永恒对话中，昼夜节律如同精准的计时器，协调着生命活动与外界变化的步调。而内质网（ER）作为蛋白质合成的"质检中心"，当遭遇高温、盐碱等胁迫时，未折叠蛋白的堆积会触发未折叠蛋白反应（UPR）这一"应急机制"。有趣的是，ER伴侣蛋白的表达呈现明显的昼夜波动，但生物钟如何"拨动"这根应激之弦，始终是未解的谜题。

韩国庆尚国立大学Woe-Yeon Kim团队在《Plant Communications》发表的研究揭开了这一谜底。研究人员发现，当用衣霉素（Tm）诱导ER应激时，植物在主观白天（ZT0-ZT12）表现出更强的恢复能力，而核心晨钟组分CCA1的缺失会削弱这种节律性适应。通过ChIP-qPCR和EMSA实验证实，CCA1能直接结合BiP3启动子的CBS位点（AAATCT），并在ER应激时与bZIP28协同增强对ERSE-I元件的结合。这种互作不仅稳定了CCA1蛋白，还通过双重调控机制将生物钟信号与UPR通路整合——就像为细胞配备了一个根据昼夜自动调节灵敏度的"应激警报系统"。

研究采用的关键技术包括：①节律性ER应激表型分析（12L/12D光周期处理）；②染色质免疫共沉淀（ChIP-qPCR）解析转录因子结合；③双分子荧光互补（BiFC）和酵母双杂交验证CCA1-bZIP28△C互作；④双荧光素酶报告系统检测启动子活性；⑤蛋白质免疫印迹分析CCA1稳定性调控。

研究结果部分揭示：在"昼夜节律调控ER应激适应性反应"中，生物钟通过CCA1使植物在白天对Tm处理更敏感，且这种节律在自由运行条件下持续存在。关键发现是"CCA1促进暂时性ER应激恢复"，遗传分析显示cca1-1突变体根生长抑制更显著，而CCA1过表达株系则增强应激耐受性，同时下调细胞死亡相关基因（NRP1、γVPE1）。

分子机制层面，"CCA1结合BiP3启动子"的实验证实其通过CBS和ERSE-I双重元件调控转录。特别值得注意的是"CCA1与UPR调节因子bZIP28互作"，Co-IP和BiFC显示二者在核内形成复合体，且bZIP28的C端截短体（△C）通过CCA1的204-405aa区域与之结合。在"CCA1正向调控ER应激响应"部分，双突变体分析表明CCA1位于bZIP28上游，而DLR实验显示二者对BiP3启动子具有协同激活效应。最后，蛋白质稳定性实验揭示ER应激通过bZIP28依赖途径延缓CCA1降解。

这项研究首次描绘了生物钟核心组分与ER应激响应的分子耦联网络。CCA1作为"昼夜节律-应激响应"的整合节点，通过与bZIP28形成转录复合体，将时间信息转化为差异化的应激反应能力。这种机制使植物能够预判日间环境胁迫的高发时段，提前升高分子伴侣的表达水平——犹如在风暴来临前加固房屋。研究不仅拓展了对植物细胞器间通讯的认知，也为设计节律调控的抗逆作物提供了新靶点。未来研究可进一步探索其他时钟组分（如夜间表达的PRRs）是否参与ER稳态的负向调控，以完善生物钟协调生长与胁迫防御的全景图谱。

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》