中科院植物所揭示介导小麦开花新机制,GlcNAc糖

日期:2019-09-15编辑作者:科技视频
中科院植物所揭示介导小麦开花新机制

冬性及二年生植物开花必须经历漫长而寒冷的冬天,这一现象被称为“春化作用”。春化作用是影响植物物候期和地理分布的重要因素,在作物育种中有着至关重要的作用,解析植物感知记忆冬季时长机制有助于作物的分子设计育种。

细胞内蛋白质翻译后O-连N-乙酰氨基葡萄糖修饰,由O-GlcNAC糖基转移酶催化完成,这种糖基化修饰参与调控细胞内多种重要的生物学过程,并在人类疾病与治疗中得到应用。在植物中,这种动态的蛋白糖基化与磷酸化修饰调节植物春化作用介导的开花过程,而O-GlcNAc信号与组蛋白表观遗传调控的关系尚不清楚。

记者日前从中国科学院植物研究所获悉,由该所研究员、中科院院士种康率领的研究团队利用蛋白质修饰组学和分子生物学策略,揭示了糖基化修饰和磷酸化修饰动态调控春化作用、介导小麦开花的机制,为冬小麦春化育种提供新的思路。该成果于近日在线发表于国际学术期刊《植物生理学》。

中国科学院植物研究所种康研究组长期从事植物春化作用机制的研究。近日,该团队受邀在国际学术期刊Nature Plants上发表特邀综述文章“Remembering winter through vernalization”(《记忆冬天的春化机制》)。文中从研究组自身工作出发,探讨了多个物种中春化的起源进化模式,概述了当前拟南芥以及温带禾本科植物(小麦、大麦以及短柄草)中春化的分子遗传调控网络、表观遗传修饰与核心蛋白修饰介导的春化作用记忆机制,重点讨论了关键蛋白的磷酸化和糖基化修饰互作以及主效基因VRN1的表观修饰参与春化感知记忆的分子机制。文中指出,春化作用的分子与表观遗传控制机理在双子叶植物和单子叶植物模式完全不同。在小麦和大麦等温带作物中,春化促进开花途径包括VRN1VRN2VRN3VRN-D4等春化基因的调控,其中VRN1编码一个类似FRUITFULL的MADS-box转录因子,在春化过程中起到至关重要的促进作用。在小麦中,春化调控基因VER2在春化过程中通过改变RNA结合蛋白GRP2的亚细胞定位,解除GRP2对TaVRN1前体mRNA可变剪接的抑制作用,促进小麦开花;而TaGRP2结合VRN1的RIP3基序决定了小麦的春冬性,在小麦育种中有非常重要的作用。

中国科学院植物研究所研究员、中国科学院院士种康团队致力于植物体内O-GlcNAc信号调控春化响应及开花时间的分子机制研究。

研究人员利用抑制剂处理发现,改变氧-乙酰氨基葡萄糖信号能够显著影响春化关键基因的转录表达,并促进小麦开花,这在一定程度上能够部分取代春化作用。研究人员进一步分离并富集到参与春化作用的糖基化修饰和磷酸化修饰蛋白谱,发现多个同时具有糖基化修饰和磷酸化修饰的蛋白,并证明了这2种修饰在春化过程中的重要作用。

该综述囊括了最新的春化作用调控和感知机制,并展望了未来深入研究春化的方向以及在分子设计育种中的应用。该综述于11月26日在国际学术期刊Nature Plants上发表。种康研究组博士后许淑娟为文章的第一作者,种康为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委项目的资助。

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据了解,春化作用是指冬小麦开花需经过长时间环境低温诱导的生理过程。由于不同冬小麦品种的春化特性及其与冬春季气温适应程度会直接影响其产量,因此对春化作用相关机制的研究对于冬小麦育种具有重要意义。O-GlcNAc糖基化修饰以及磷酸化修饰调控了植物体内许多重要的生理过程,但因为二者间的动态调控关系和化学鉴定的难度,其对于春化作用的调控机制长期不清楚。

文章链接

DOI:10.1104/pp.19.00081

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春化作用的分子遗传网络

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蛋白质磷酸化和糖基化修饰介导的春化机制

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