组蛋白分子伴侣调控植物开花时间的分子机理

Histone chaperones bind histones, mediate the histone-DNA interaction during nucleosome assembly and disassembly, and play roles in chromatin replication, DNA repair and transcriptional regulation. We previously reported the molecular and functional analysis of histone chaperones NRP and ASF1 in regulating plant growth and development. Recent research showed that both NRP and ASF1 are involved in the regulation of flowering time in Arabidopsis. Flowering is the key transition of plant from vegetative stage to reproductive period, and the underlying genetic regulation network is affected by both plant developmental processes and the environmental signals. Although epigenetic mechanisms including histone post-translational modifications have been studied in the flowering time regulation, the roles of histone chaperones in this important biological process have never been reported. We try to explain the molecular mechanism of NRP and ASF1 in the transcriptional regulation of flowering-related genes, and discover the functional interaction of histone chaperones with histone post-translational modification during plant flowering by the support of this grant.

组蛋白分子伴侣能够结合组蛋白，介导核小体组装/去组装过程中组蛋白与DNA之间的相互作用，参与染色质复制、DNA修复以及基因表达调控等。我们实验室前期报道了植物组蛋白分子伴侣NRP和ASF1的生理功能及其对植物生长发育的影响。近期的研究发现NRP和ASF1均能调控模式植物拟南芥的开花时间而且二者具有协同作用。开花是植物由营养生长转为生殖生长的关键生理过程，相关基因的表达受到体内发育阶段和外界环境的多重调节。尽管有关组蛋白翻译后修饰等表观遗传学机制调控植物开花已经有较多研究，但组蛋白分子伴侣在开花过程中的作用还从未见报道。我们旨在通过本项目的研究，阐明组蛋白分子伴侣NRP和ASF1调控植物开花时间的分子机制，研究组蛋白分子伴侣在植物开花的网络调控中与组蛋白翻译后修饰的相互作用，探索不同表观遗传调控机制之间的关系。

开花是植物由营养生长转为生殖生长的关键生理过程，这一过程与诸多调节基因的表达水平有着紧密的联系。在真核细胞中，由于DNA以染色质形式存在，基因的转录受到包括组蛋白分子伴侣在内的多种染色质相关因子的介导与调控。本项目对组蛋白分子伴侣ASF1和NRP在基因转录调控中的功能展开了研究。我们通过筛选组蛋白分子伴侣调控的靶基因，探索这些因子在关键基因转录调控中的分子活性和生理功能。同时，通过遗传与分子手段研究组蛋白分子伴侣在转录过程中的功能关联蛋白以及分子伴侣与组蛋白翻译后修饰的相互作用，研究组蛋白分子伴侣在目的基因的转录调控中与染色质重塑因子以及组蛋白翻译后修饰的功能关联。我们发现分子伴侣ASF1参与多个响应外界信号和内部发育程序的应答基因的转录调控。体外测活和ChIP 实验显示ASF1 参与组蛋白H3K56 乙酰化修饰(H3K56ac)的建立与维持。相应工作发表在Plant Cell Environment上。此外，我们还发现了与NRP 有功能互作的染色质重塑因子INO80。INO80 特异性结合组蛋白变体H2A.Z，并通过影响H2A.Z的染色质分布，调控多个开花抑制基因的转录，并进而影响开花时间，而在这一过程中，NRP与INO80有着协同互作的功能关联。 相应工作发表在Plant Journal上。组蛋白分子伴侣介导的H2A-H2B 动态调控在DNA 复制、基因转录调控、基因组稳定性以及DNA 修复等过程中发挥着重要的不可或缺的作用。我们对相应的研究工作整理并在Plant Journal上发表了综述。在本项目资助下，我们共发表了2篇高水平的科研论文(SCI影响因子>5)，1篇综述(SCI影响因子>5)，1篇Springer出版书的章节和1篇中文核心期刊论文。