植物光周期开花途径中的表观遗传调控机制研究

Flowering is the central cue in plant development and reproduction. As a key epigenetic regulation mechanism, histone methylation plays an important role in plant growth and development. Howerver, the epigenetic mechanism directly involved in the photoperiodic flowering pathway remains largely obscure. In our previous studies, we identified MRG (Morf Related Gene) proteins MRG1/2 and MRG701/702 as H3K36me3 readers in Arabidopsis and rice respectively, and found their roles in flowering time control. To deepen our knowledge on biological function of H3K36 methylation and its readers, we try to seek the binding proteins of H3K36 methylation readers in rice and Arabidopsis using immunoprecipitation-mass spectrometry and yeast library screening. We will focus on the flowering-related factors and their epigenetic regulation mechanisms in photoperiodic flowering pathway. The analysis of the binding proteins, together with the studies in H3K36 methylation readers, will help us to explore the epigenetic mechanisms in photoperiodic flowering pathway both in Arabidopsis and rice, deepen our understanding in the molecular mechanism for signal transduction of the methylation, even to provide useful information for molecular breeding.

开花是植物个体发育和后代繁衍的中心环节。组蛋白甲基化修饰作为表观遗传研究的核心内容之一，它如何调控植物光周期开花途径目前仍然知之甚少。我们前期的工作在拟南芥和水稻中分别鉴定到了MRG家族的成员MRG1/2和MRG701/702，他们N端的chromo结构域能够结合H3K36的甲基化修饰并影响植物光周期开花途径。我们从甲基化识别蛋白MRG蛋白入手，通过免疫沉淀结合质谱分析以及酵母文库筛选寻找拟南芥和水稻MRG蛋白的结合蛋白。本项目将在这些甲基化识别蛋白的候选结合蛋白中重点筛选与开花相关的因子，深入分析他们的功能，重点探讨他们与甲基化识别蛋白在植物光周期开花途径中的功能互作。本研究不但有助于了解拟南芥和水稻光周期开花途径中的表观遗传调控机制的差异，还将可以阐明识别蛋白对目的基因的特异识别以及组蛋白甲基化修饰后的信息传递，从而深入了解植物H3K36甲基化修饰的生理意义。

开花是植物个体发育和后代繁衍的中心环节。组蛋白甲基化修饰作为表观遗传研究的核心内容之一，它如何调控植物开花途径目前仍然知之甚少。我们前期的工作在拟南芥和水稻中都鉴定到了组蛋白H3K36甲基转移酶和甲基化识别蛋白，它们都能影响植物的开花。为了深入了解H3K36甲基化修饰调控植物开花的分子机制，我们通过免疫沉淀结合质谱分析以及酵母文库筛选了拟南芥和水稻H3K36甲基转移酶SDG725和甲基化识别蛋白MRG2的结合蛋白，重点探讨了它们在植物开花途径中的功能。在水稻中，我们筛选获得了H3K36甲基转移酶SDG725的结合蛋白OsSUF4，OsSUF4是一个转录因子，SDG725与OsSUF4协同直接结合水稻成花素基因启动子区的特定区域从而调控水稻开花，揭示了水稻表观修饰调控植物开花的新机制。在拟南芥中，我们筛选获得了H3K36甲基化识别蛋白MRG2的结合蛋白组蛋白去乙酰化酶HD2C。HD2C通过MRG1/2被招募到成花素基因FT上，催化FT启动子区域的组蛋白去乙酰化来抑制FT的过量表达以抑制拟南芥的提早开花。研究揭示了甲基修饰阅读蛋白与组蛋白去乙酰化酶协同作用来精确调控拟南芥光周期开花途径的分子机制。本研究不但阐述了拟南芥和水稻开花途径中新的表观遗传调控机制，还对进一步理解植物H3K36甲基化修饰的功能有重要的意义。