锌指蛋白转录因子调控水稻开花时间的分子机理

Flowering represents a key developmental switch from vegetative to reproductive growth. Flowering at a correct season time is crucial and has great importance for agriculture. Flowering time is fine-tuned by both endogenous factors and environmental cues.In the short-day (SD) plant rice (Oryza sativa), flowering (heading date) is an important agronomic trait for climatic and regional adaption; breeding for this trait allowed rice varieties to be selected for agriculture at various latitudes, altitudes, and seasons.We have previously reported the molecular and functional analysis of the histone methyltransferase SDG725 in regulating rice heading time. Our unpublished work showed that a zinc-finger protein is also involved in regulating rice heading date, possibly through a cooperative action with SDG725. Chromatin modifications have been extensively studied in flowering time regulation of the long-day plant Arabidopsis thaliana, but the role of histone methylations in rice flowering time regulation is just emmerging.Our project focuses on the zinc-finger transcription factor to elucidate its function in the regulation of rice flowering time, and its cooperation with histone methylation in transcription regulation. This project is expected to result in significant impact in theoretical understanding of rice flowering as well as in molecular assisted rice breeding.

开花是植物从营养生长向生殖生长的转换过程，适时开花是植物繁衍的关键，而且与农业生产紧密相关。开花时间受到内部遗传因子和外部环境信号的共同调控。作为短日照植物水稻，开花时间对于气候和区域适应性来说是重要的农艺性状，针对这一性状的选育可以使水稻能够在各种经度、纬度和季节种植。我们实验室前期报道了水稻组蛋白甲基转移酶SDG725的生理功能及调控水稻开花时间的工作。我们未发表的研究发现：一个锌指蛋白转录因子也能够调节水稻开花时间，而且可能与SDG725具有协同作用。染色质修饰在长日照植物拟南芥中对开花时间的影响已有较多研究，但是，在水稻中组蛋白甲基化修饰如何影响开花时间还知之甚少。我们旨在通过本项目的研究，解析锌指蛋白转录因子在水稻开花过程中的生物学功能，阐明转录因子和组蛋白甲基转移酶如何共同调控水稻开花的分子机制，对于水稻分子辅助育种有着重要的理论意义与应用价值。

开花是植物从营养生长向生殖生长的转换过程，适时开花是植物繁衍的关键，而且与农业生产紧密相关。开花时间受到内部遗传因子和外部环境信号的共同调控。作为短日照植物水稻，开花时间对于气候和区域适应性来说是重要的农艺性状，针对这一性状的选育可以使水稻能够在各种经度、纬度和季节种植。.通过酵母筛库的方法，找到了SDG725的结合蛋白OsSUF4，该蛋白是具有锌指蛋白结构域的转录因子，体外pull-down和体内的酵母双杂交实验和BiFC实验都证实，SDG725的C末端与SUF4相互作用，进一步的实验证明，OsSUF4是通过C末端与SDG725的C端结合。我们获得了SUF4RNAi的不同的转基因水稻株系，这些转基因水稻都表现出晚花的表型，同时，我们将SUF4RNAi株系与725Ri株系进行杂交，得到了suf4Ri/725Ri双突变的株系，双突变体也表现出与两个单突变体相同的晚花表型。我们比较了野生型水稻，suf4Ri，suf4cs(共抑制)，725Ri突变体水稻中一些重要开花调节因子的表达量，发现Ehd1，Hd3a，RFT1这三个主要的开花基因表达量显著下调。.同时，我们用染色质免疫沉淀的实验，检测了SUF4下调突变体中，Hd3a和RFT1上H3K36和H3K4甲基化水平的变化，发现在这两个基因启动子区，H3K36甲基化水平降低，说明SUF4的下调影响了SDG725在启动子区建立组蛋白甲基化修饰。为了研究SUF4在基因组范围内的可能结合靶基因，我们订制了SUF4的单克隆抗体，该抗体能够在体外和体内识别SUF4蛋白，并且能够进行ChIP实验。在ChIP实验中，我们发现在Hd3a和RFT1基因启动子上，分别有一段区域上SFU4的结合能力和H3K36甲基化水平都下降了，暗示这段区域有可能是SUF4转录因子所结合的区段，体外的EMSA实验证实了我们的猜测。同时，EMSA实验还证实，SDG725的蛋白能够促进SUF4与Hd3a结合。.通过本项目的研究，我们阐明了，在水稻这样一个单子叶植物中，在不存在FLC的情况下，SUF4蛋白通过直接结合开花调节因子Hd3a和RFT1的启动子上，从而实现调控水稻开花过程。