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曹晓风研究组在组蛋白修饰动态调控植物光温响应研究中取得新进展

  植物开花时间受到复杂多变的环境信号调控,其中光周期和温度是影响开花的关键因素。光周期和温度通过遗传和表观遗传机制调控开花途径整合子因子FLOWERING LOCUS T (FT)表达最终影响植物开花。表观遗传修饰在调节植物的生长发育和环境响应等方面发挥了重要作用,主要包括DNA甲基化、组蛋白变体与修饰、染色质重塑、小分子RNA和长非编码RNA等。组蛋白修饰在植物生长发育过程中发挥着至关重要的作用,由甲基转移酶和去甲基化酶进行动态调控,通过影响染色质的状态而调控基因表达、基因组稳定性等重要过程。曹晓风研究组长期研究植物组蛋白去甲基化酶的功能,在拟南芥和水稻中鉴定了一系列去甲基化酶的生化活性和生物学功能。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组、中国科学院上海植物逆境生物学研究中心杜嘉木研究组和河北师范大学孙大业研究组合作,利用遗传学、生物化学和结构生物学等研究手段,揭示了H3K27me3去甲基化酶JUMONJI13 (JMJ13)调控拟南芥开花时间的作用机制。首先,通过体内和体外实验分别证明了JMJ13H3K27me3位点特异性的组蛋白去甲基化酶。接着通过结构生物学的手段分别解析了JMJ13-AKG复合物和JMJ13-NOG-H3K27me3复合物的晶体结构,从结构上进一步揭示了JMJ13通过氢键和疏水相互作用特异性识别底物H3K27me3接下来作者深入分析jmj13突变体在不同条件下的拟南芥开花时间的表型,发现该突变体在长日照下表现早花表型,而在短日照条件下仅在较高温度(28℃)表现出早花,表明JMJ13同时参与了植物对温度和光照时间两个重要的环境信号的响应。进一步遗传分析表明,JMJ13作为温度和光周期调控开花途径的重要结点,位于FLM/SVPCO/GI上游发挥功能。因此,H3K27me3去甲基化酶JMJ13通过温度和光周期途径抑制开花,在植物的光温补偿调控开花过程发挥功能,该研究成果不仅加深了我们对光温互作响应机制的理解,而且对作物的高产多抗性状改良提供了新的思路与技术途径。 

 

  该项研究成果于2019321日在Nature Communications杂志在线发表(DOI:10.1038/s41467-019-09310-x)。曹晓风研究组博士后郑术芝博士(现为河北师范大学副教授)和中科院上海植物逆境生物学研究中心杜嘉木研究组博士研究生胡泓淼为本文的共同第一作者。中国科学院上海植物逆境生物学研究中心杜嘉木研究员,中科院遗传发育所曹晓风院士和河北师范大学生命科学学院孙大业院士为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委,中科院及植物分子遗传国家重点实验室等相关经费的大力资助。 

 

1JMJ13调控拟南芥开花 

2JMJ13和底物H3K27me3小肽复合物的晶体结构