粗糙脉孢菌生物钟基因frq转录抑制因子的筛选及其作用机制研究

Circadian clock is advantageous for the adaption of an organism to its ambient environment, and Neurospora crassa is among one of the best model organisms for the study of circadian clock. Periodic transcription of the clock gene frequency (frq) is essential for the Neurospora circadian clock，which contains two phases: transcriptional activation and transcriptional repression. Although we have known transcriptional activation of frq very well, little is known about the transcriptional repression of frq. Thus we proposed a hypothesis that a number of transcriptional repressors might be involved in this process. By a series of genetic screening, we found some candidates served as such transcriptional repressor, such as chromatin remodeling protein CHD1and transcriptional co-repressor RCO-1.. In the chd1 mutant, the transcription of frq was independent of its transcriptional activator， the WHITE COLLAR complex. While in the rco-1 mutant, the rhythmic transcription of frq and the overt rhythmcity were abolished. Our study will promote the understanding of the transcriptional regulation of the clock gene frq in Neurospora crassa, and may be instructive for related studies in other organisms.

生物钟对于生物有效适应地球环境具有重要意义。粗糙脉孢菌是研究生物钟的最佳模式生物之一。生物钟基因frequency（frq）的周期性转录是生物钟正常运行的保障，其转录包括转录激活与转录。人们对frq转录激活已经相当了解，但对其转录抑制却知之甚少。我们猜测存在转录抑制因子参与frq转录抑制。我们发现染色质重塑蛋白CHD1参与frq的转录抑制，在chd1突变体中frq的转录不再依赖于其转录激活因子WHITE COLLAR复合体。通过遗传筛选，我们发现转录共抑制因子RCO-1也参与frq的转录抑制。RCO-1缺失导致frq的转录不再依赖WHITE COLLAR复合体，并导致frq的周期性转录丧失以及昼夜节律丧失。基于这些前期研究结果我们将对粗糙脉孢菌生物钟基因frq转录抑制因子进行筛选并对它们的作用机制进行研究。本研究将促进我们对frq基因转录机制的理解，并对其它物种中的相关研究有指导意义。

生物钟系统的正常运行对于生物体适应外部环境具有重要意义。粗糙脉孢菌是研究生物钟运行机制的最佳模式生物之一。粗糙脉孢菌生物钟核心振荡器由正调控因子WHITE COLLAR-1 (WC-1)、 WHITE COLLAR-2 (WC-2) 和负调控因子FREQUENCY (FRQ)、FRQ interacting RNA helicase (FRH)组成负反馈调控环，通过这个环路控制生物钟基因frequency (frq)周期性的转录。我们的研究系统地解析了CHD-1和RCO-1抑制frq基因转录的机制。通过研究它们抑制frq基因转录的分子机制发现了粗糙脉孢菌生物钟基因frq的转录存在不依赖于正调控因子WC-1/WC-2的新机制。我们筛选得到了MCB、PDE2、PKAC-1、SET-2、IEC-1、INO-80、IES-1以及CBF-1等一系列抑制frq基因转录的调控因子，并解析出这些调控因子通过以下几种方式和途径参与调控frq基因的表达：（1）通过cAMP-PKA途径调控转录共抑制因子RCM-1/RCO-1的活性从而参与抑制不依赖于WC-1/WC-2的frq转录；（2）通过调控frq基因区域染色质结构及不同组蛋白化学修饰参与调控frq转录抑制；（3）转录因子通过与正调控因子WC-1/WC-2竞争性结合frq基因启动子的C-box序列参与调控frq转录。这些新鉴定的转录调控因子在动、植物中具有很高的保守性，它们可能通过相似的机制参与动、植物中生物钟基因的调控。因此，我们的研究结果对于认识动、植物中生物钟基因转录调控机制具有重要的参考价值。部分研究结果均以学术论文的形式发表在PLoS Genetics、Molecular and Cellular Biology、The Journal of Biological Chemistry、Molecular Cell等杂志上。