VER2调控植物春化响应的表观遗传学机制

前期工作表明小麦春化诱导了整体水平蛋白O-GlcNAC修饰程度的提高，VER2可能参与介导了小麦春化诱导的O-GlcNAc信号。同时发现VER2在拟南芥中过表达可以调节拟南芥开花途径关键基因FLC位点染色质某些区段的组蛋白乙酰化修饰，从而调控拟南芥春化响应及开花时间。基于动物细胞内O-GlcNAc信号与组蛋白修饰及基因转录活性之间关系的研究结果，推测植物细胞内具有类似的保守调节机制。本项目将以VER2参与拟南芥春化响应的表观遗传机制的研究结果为线索，重点研究植物O-GlcNAc信号与春化响应及组蛋白乙酰化修饰的关系，以及VER2在这一过程中所起的调控作用，证明植物春化响应表观遗传学的新机制，并在此基础上对VER2参与小麦春化响应的表观遗传学机制进行探索，寻找具有不同春化响应基因的单双子叶植物中间保守的调节机制，为小麦这一重要禾本科植物春化响应的表观遗传学研究提供理论依据。

本项目在前期工作的基础上，对编码jaclin-类凝集素的小麦春化相关基因VER2参与植物春化响应及开花时间调控的分子及生化机制进行了进一步的阐明。过表达VER2的转基因拟南芥在未经春化处理时表现出晚花的表型，而随着春化处理时间的延长VER2超表达拟南芥的开花时间则趋近于野生型。进一步用基因枪转化方法获得了VER2正义转基因小麦材料，VER2转正义植株在不同春化处理时间下都表现出开花时间提前，抽穗率升高的表型。对冬小麦春化关键基因TaVRN1的表达水平进行的分析显示VER2能正调控TaVRN1的转录水平，表明VER2通过促进TaVRN1的转录来促进开花。我们检测了VER2 转基因材料中TaVRN1 染色质区域的组蛋白修饰的变化，结果表明H3K4me3 修饰在转基因植株中变化比较大，在TaVRN1 的各区段都有上升，这与TaVRN1 转录水平的升高相符，表明VER2也影响了TaVRN1 染色质区域的组蛋白修饰。利用离子交换及分子筛并结合质谱分析技术，分离鉴定了VER2在拟南芥和小麦中的结合蛋白，并通过免疫共沉淀（Co-IP）及双分子荧光互补（BiFC）技术进一步确定了蛋白之间的相互作用。结果显示VER2在小麦和拟南芥中均能与一类RNA结合蛋白互作，并且这类RNA结合蛋白的功能具有保守性，分别命名为TaVIP2及AtVIP7。生化分析表明TaVIP2具有O-GlcNAc修饰形式，通过点突变的方法，将潜在的糖基化位点进行突变，突变后我们发现TaGRP2与VER2的相互作用减弱。对TaVIP2转基因植物的分析表明，TaVIP2超表达植物中冬小麦春化关键基因TaVRN1的表达水平降低。我们的研究表明O-GlcANc修饰介导了VER2与TaVIP2之间的互作调节TaVRN1的表达进而调控小麦的春化响应及开花时间。其具体的调控机制值得进一步深入探讨。