何新建實驗室發現一個調控自主開花途徑的復合體并揭示其作用的分子機制

“萬樹江邊杏，新開一夜風”，開花是高等植物由營養生長進入生殖生長的標志，對后代繁衍具有重要作用。開花時間影響作物產量和品質，解析開花時間的調控機制一直是研究熱點。植物在長期進化中形成了復雜精確的機制，通過響應內源信號與環境變化來調控開花時間。擬南芥中開花誘導至少有四個調控途徑，即春化途徑、光周期途徑、自主途徑和赤霉素途徑。不同的調控途徑匯聚在一些關鍵的開花時間調控基因上，其中包括開花抑制基因FLC。自主開花途徑通過抑制FLC的轉錄進而促進開花。目前，已報道了多個參與自主開花途徑的組分，對這些組分各自如何發揮功能已有研究，但是不同組分之間如何協同調控FLC的分子機制尚不清楚。

2022年6月30日，北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院何新建實驗室在Nucleic Acids Research雜志在線發表了題為 “Characterization of an autonomous pathway complex that promotes flowering in Arabidopsis” 的研究論文。該研究在擬南芥中鑒定到了一個新的參與自主開花途徑的多亞基蛋白復合體AuPC，揭示了該復合體通過調控開花抑制基因FLC 的表達促進植物正常開花的分子機制，為理解開花時間的調控提供了新的認知。

該研究通過親和純化結合質譜分析（AP-MS）的方法鑒定到了一個由FLD、LD、SDG26、EFL2、EFL4和APRF1組成的多亞基蛋白復合體，并利用酵母雙雜交、體外pull down以及突變體背景下AP-MS等實驗證明了復合體中各組分的相互作用方式，揭示了LD在復合體中作為支架蛋白發揮作用（圖1A）。對復合體中的突變體進行表型觀察，發現所有突變體在長、短日照條件下均表現晚花，經春化處理后抑制晚花表型，說明該復合體參與自主開花途徑，所以將該復合體命名為AuPC。RNA-seq分析發現，AuPC突變體中開花抑制基因FLC轉錄升高（圖1B）；ChIP-PCR 分析發現，SDG26、EFL2 和 APRF1 富集在 FLC 位點，表明AuPC直接調控FLC（圖1C）。此外，EMSA檢測發現，SDG26蛋白C端在體外直接結合DNA（圖1D），體內C端缺失影響SDG26在FLC位點的富集以及其對開花時間的調控。通過 ChIP-seq分析發現，在所有AuPC突變體中，與轉錄激活相關的修飾（H3ac、H3K4me3、H3K36me3）升高，與轉錄抑制相關的修飾（H3K27me3）降低（圖1E），且AuPC中EFL2和EFL4能夠共純化組蛋白去乙?；瘡秃象w組分HDA19、HDC1、SNL3、SNL5 和 SNL6（圖1F），說明AuPC在一定程度上通過直接參與組蛋白去乙?；瘡亩种?i>FLC表達。

圖1 AuPC復合體通過抑制FLC轉錄調控開花時間的分子機制

綜上，該研究鑒定到了一個參與自主開花途徑的復合體AuPC，發現了兩個新的參與自主開花途徑的組分EFL2和EFL4，證明了AuPC通過調控開花抑制基因FLC促進植物正常開花，揭示了各組分之間的相互作用方式及調控開花時間的分子機制。該研究拓寬了自主開花途徑調控開花時間的認知，闡明了表觀遺傳修飾調控開花時間的重要性。

何新建實驗室的博士研究生齊佩琳，博士后周豪然和趙強強為本論文的共同第一作者，何新建研究員為通訊作者。該研究在北京生命科學研究所完成，并得到了科技部、國家自然科學基金委及北京市政府的資助。