CK磷酸化转录延伸因子ELF调节拟南芥开花时间的分子机理

Plant development progresses through distinct phases: vegetative growth, followed by is productive phase. Flower is transition from vegetative phases to reproductive phase in higher plant, which is controlled by the genetic background and environmental condition. Although a series of genes involved in flower pathway were characterized, little is known about transcriptional elongation factors. The previous results indicate transcriptional elongation factor mediate the transcriptional efficiency and histone modifications. Our preliminary results show that ELF，a transcriptional elongation factor, interact with CK kinase. Furthermore, CK can phosphorylated the threonine site of CTR domain of ELF. Most interestingly, loss-of-function of ELF and CK have early flowering phenotype owing to attenuated expression level and H3K4me3 at FLC and MAF loci in both mutants. Take together, our project is to understand the molecular mechanism of ELF in flowering time and histone modifications.

开花是高等植物营养生长至生殖生长过程转变过程，由内在生理状态和外界环境共同调控完成。拟南芥作为重要的模式植物，其一系列开花的基因已经相继被分离和克隆，然而转录延伸因子如何调控拟南芥开花还知之甚少。前人的研究显示，转录延伸因子是介导转录与组蛋白修饰的重要因子，我们的结果显示，转录延伸因子ELF与蛋白激酶CK直接相互作用，并且ELF的CTR结构域的苏氨酸能被CK特异地磷酸化，elf和ck突变体都具有开化早的表型，并共同调节下游基因FLC和MAF的表达水平和H3K4甲基化水平。在前期明确的分子特征与生理分析鉴定的基础之上，本申请拟从转录延伸因子突变体elf入手，着重解析延伸因子在拟南芥的开花途径的调控作用，阐述转录延伸因子调控植物开花的分子机理，研究转录延伸因子参与组蛋白修饰的方式。

组蛋白修饰调控基因的转录过程，而转录如何调节组蛋白修饰还不清楚。开花是植物一生中最重要的事件，是营养生长至生殖生长的转变过程，FLC是开花通路中的重要抑制开花基因，受多种组蛋白修饰调控。研究发现CDKD;2直接磷酸化转录延伸因子SPT5的CTR结构域上苏氨酸 (T)。磷酸化的CTR能直接与PAF1复合全亚基VIP5互作，而非磷酸化的CTR结合VIP5。遗传上，功能缺失的CDKD;2具有早开花的表型，抑制FIGIDIA的晚花表型，表明FLC是CDKD;2的下游。功能缺失的SPT5，同样具有早花的表型，且抑制FIGIDIA的晚花表型， CDKD;2与SPT5在同一个开花通路。cdkd;2 vip5或spt5 vip5的开花时间与vip5单突一致，表明VIP5在遗传上位于CDKD;2和SPT5下游。机制上，受CDKD;2磷酸化的SPT5，可以把VIP5招募至FLC位点，完成FLC位点H3K4me3修饰，促进FLC的表达；而在cdkd;2或spt5突变体中，由于不能招募VIP5完成H3K4me3的修饰，导致FLC的转录水平下调。我们的研究阐述了转录过程如何促进组蛋白H3K4me3修饰，解析了表观遗传学中高转录基因为何伴随高的H3K4me3的科学问题，相关结果发现在2017年Plant Cell上，该项目为第一致谢资助。此外，在该项目资助下，完成1名博士和2名硕士的培养工作，分别在2篇Plant Cell、1篇Plant Physiology以及1篇New Phytologist中，为第二致谢资助。