【科技】上海生科院发现调控植物开花的表观遗传新机制

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【每日科学技术网】 图: val1和val2蛋白结合在flc位点上的冷记忆顺式dna元件CME ( CIS-actingcoldmemoryelement )与lhp1蛋白相互作用，抑制性组蛋白修饰h3 11月8日，《自然-遗传学》( nature genetics )杂志由中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心何跃辉研究小组完成，aciscoldmemoryelementandatransepis 该研究是利用模型开花植物拟南芥，通过冷记忆顺式dna元件和表观遗传学匹配发育和温度信号，控制开花时间的表观分子机制，理解植物如何适时开花的重要理论依据 开花是高等植物生长过程中的重要生理现象，是植物从营养生长进入生殖生长的标志 长期以来，植物随着进化形成了许多复杂准确的机制，响应内源性信号和环境变化控制了开花时间 拟南芥的大量生理和遗传学降解分析表明，开花诱导由至少四条主要途径调节，即春化途径、光周期途径、自主途径和赤霉素途径，其中植物的春化作用一直是植物发育生物学研究的热点和难点 春化作用是指部分植物从营养生长阶段转移到生殖阶段必须经历一定期间的持续低温的现象 植物如何感知低温期，气温上升后，记住其低温经验适时开花的分子机制，具有重要的理论和实用价值 保证植物在破坏性的冬天不开花，在温暖的春天或夏天开花 该机制的分析与作物栽培、播种、杂交育种等密切相关 以前的研究表明，模式开花植物拟南芥的开花受到flowering locus c (flc )基因的抑制 在低温条件下，该基因dna周围的组蛋白逐渐被修饰，该基因的表达关闭，最终气温上升后，植物可以从发育的生长阶段切换到开花阶段 早期研究表明了参与flc基因封闭的调节蛋白，但对参与这个过程的调节因子和作用机制了解得不多 何跃辉研究小组在初期的研究中，超级蛋白复合体CBC-cbc-efs与CBC-EFS合作，通过控制组蛋白h3k4me3和h3k36me3的修饰来提高flc基因表达水平( li et al .，nature plants，) 在本研究中，何跃辉研究小组发现了识别顺式dna元件及其元件、识别组蛋白标记的转蛋白，协同控制了低温介导的抑制性组蛋白修饰-h3k27me3，使flc基因的表达沉默 这种顺式元件和反式蛋白的相互作用，在植物气温上升后也会记住(保持)低温诱导的flc沉默，使植物只在温暖的季节开花 这一研究表明冷记忆顺式dna元件及其识别蛋白在开花控制中发挥着重要的功能，是植物开花控制分子机制的重要进展 这项研究不仅为表观遗传修饰调控植物开花的分子机制迈出了重要一步，也为花期调控的生产应用提供了新的作用靶点。 这项事业由中国科学院的经费支持