微丝解聚因子ADF1新互作蛋白分子的基因功能研究

Actin depolymerizing factor (ADF) is a key modulator for actin dynamic organization. ADF proteins bind both monomer actin and filamentous actin, and causes depolymerization of actin filament. Our early studies showed that Arabidopsis ADF1 binds and promotes the depolymerization of actin filament, increases turnover of actin filament，and plays crucial roles in cell elongation, cell shape maintenance, seedling growth and flowering. ADF1 gene silencing delays flowering, but its mechanism is still not clear. This study investigates the regulatory function of ADF1 in gene expression using transcriptome analysis. Using ADF1 as bait, yeast two hybrid screening was performed to screen ADF1-interacting proteins. Among them, transcription elongation factor SPOC was chosen for further study, mainly focusing on their analysis of gene expression, protein subcellular localization, protein interactions, and gene functions in plant growth and development by gene silencing, knockout, or overexpression. This study uncovers a novel function of Arabidopsis ADF1 in the regulated gene expression during plant growth and development.

微丝解聚因子ADF是细胞微丝动态变化的关键调控因子。ADF可结合肌动蛋白亚基和肌动蛋白丝，使微丝发生解聚。我们及合作者的早期研究表明，拟南芥ADF1能够与微丝结合, 促使微丝解聚，提高微丝肌动蛋白的周转速率，在细胞伸长、细胞形态维持、幼苗生长以及花期调控中起重要作用。ADF1基因沉默延迟植物开花，但其作用机制尚不清楚。本课题利用基因表达谱分析、了解ADF1在花期调控中的分子作用。以ADF1为诱饵，通过酵母双杂交从拟南芥cDNA文库中筛选ADF1的新互作蛋白分子。本课题选取其中的转录延长因子SPOC，分析其基因表达、蛋白的亚细胞定位及蛋白互作，通过基因剔除或过量表达分析在植物生长发育中的基因功能。本研究为ADF1通过转录调控因子在植物生长发育中的基因表达调控提供了新证据。

为了探究微丝解聚因子ADF基因沉默导致开花延迟的作用机制，课题利用荧光定量PCR和RNA-seq转录组测序分析了ADF基因沉默（ADF-U）或过量表达（ADF1-O）植株中的基因表达谱，发现ADF水平显著影响植物开花与花器官发育基因CO、FT、SOC1、LEY、AP1及FLC等的表达水平从而调控植物开花时间。以ADF1为诱饵通过酵母双杂交从拟南芥cDNA文库中筛选并鉴定了几个新的ADF1互作蛋白分子，包括转录延长因子SPOC1和转录因子REM16。课题对SPOC1和REM16在基因表达、蛋白亚细胞定位以及蛋白互作等方面进行了研究。通过基因剔除/沉默或过量表达分析，发现SPOC1和REM16在植物花期调控中起关键作用，SPOC1或REM16基因过表达促进开花，而基因敲除/沉默则延迟开花。基因表达分析显示SPOC1或REM16过表达转基因植株中与促进开花与花器官发育基因CO、FT、GI、LEY、AP1的表达水平显著升高，而抑制开花基因FLC的表达水平则大幅降低。研究表明，ADF1可能通过与SPOC1和REM16的蛋白互作参与调控花期关键基因的表达控制植物的开花时间。这些研究为人们深入了解ADF1、SPOC1、REM16在植物开花调控中的作用机制提供了新材料。