拟南芥翻译起始因子eIF4E参与开花调控的分子机制研究

Recent studies demonstrate that general translation inhibition and selective translation of some mRNAs are key points in the plant adaptation process to different abiotic threats and the plant responses to the environmental signals, but their roles in plant growth and development remain largely unknown. Our previous studies found that mutants of Arabidopsis translation initiation factor eIF4E had a late-flowering phenotype under long day but not short day conditions, and the expression of eIF4E showed a photoperiod-regulated diurnal rhythm, these evidence strongly argue that eIF4E could be implicated in the photoperiod-dependent flowering regulation process. Given by its crucial role in protein translation, we hypothesize that eIF4E may regulate flowering through modulating the translation activities of certain flowering genes. By analyzing the transcriptome and translatome data of wild type plants and eIF4E mutants, we got a set of candidates of eIF4E-regulated flowering genes. Based on these preliminary investigations, we propose to delve into the regulatory functions of eIF4E in protein translation, with the final aim to elucidate the molecular mechanisms of eIF4E-involved regulation of flowering and other plant developmental processes.

近年来研究表明，蛋白质翻译的抑制及基因的选择性翻译对植物适应非生物胁迫及响应环境信号等生理过程具有重要意义，然而其在植物生长发育（如开花过程）调节中的作用却所知甚少。本实验室前期研究发现拟南芥翻译起始因子eIF4E基因突变体在长条件下晚花，在短日下则无开花表型，且eIF4E基因具有光周期调节的日表达节律，暗示eIF4E可能参与光周期开花调控过程。基于eIF4E在蛋白质翻译过程中的决定性作用，我们推测eIF4E很可能通过调节特定开花基因的翻译来参与植物的开花调控。通过分析eIF4E突变体的转录组及翻译组测序结果，我们获得一批可能受eIF4E调节的候选开花基因。本项目拟在此基础上，深入研究eIF4E对这些基因的调节作用及其在开花调控中的功能，为最终揭示eIF4E介导的蛋白翻译调控在植物生长发育过程中的作用及分子机制奠定理论基础。

本实验室的前期研究发现拟南芥翻译起始因子eIF4E基因突变体在长日照条件下晚花，在短日条件下略早花，暗示eIF4E可能参与光周期开花调控过程。本项目对eIF4E参与光周期开花调控的分子机制进行了深入研究，发现：（1）细胞质定位的eIF4E蛋白具有开花调控活性，暗示eIF4E介导的蛋白质翻译过程可以特异地对光周期开花进行调控；（2）eIF4E基因转录及蛋白表达都有明显的光周期性及生物钟节律，且eif4e突变体生物钟周期缩短，暗示eIF4E可能通过影响生物钟系统对光周期的开花进行调节。eIF4E作为翻译起始复合体的重要组分，对蛋白的翻译起着决定性的影响，深入研究eIF4E对植物光周期开花的调控机制有助于揭示蛋白翻译调控在植物生长发育过程中的作用。