南科大杜嘉木课题组揭示光周期调控开花的关键机制

快科技：近日，南方科技大学生命科学学院植物与食品研究所教授杜嘉木课题组在 Plant Cell 在线发表题为“Structural insights into the multivalent binding of Arabidopsis FT promoter by the master transcription factor CO-NF-Y complex” 的研究论文，报道了在植物开花转变过程中，关键的转录因子CONSTANS (CO) 通过其C端CCT结构域调控成花素基因FT转录的分子机制。

花期转变是植物生命周期中从营养生长进入生殖生长的重要抉择。多种外界环境因素包括光照和温度等，以及植物内部的生长和激素水平都可以转换为基因调控事件来影响成花素FT的合成，进而影响花期转变。在前期工作中，杜嘉木课题组在Nature Genetics、Nature Communications，Nature Plants及Plant Cell等杂志上发表了多篇高水平论文，详尽展示了不同的组蛋白甲基化酶，组蛋白去甲基化酶以及染色质重塑因子在植物花期调控中的分子作用机制。

在本研究中，该课题组聚焦于日照长度控制的光周期调控开花途径中关键转录因子CO对成花素FT基因的调控。研究首先通过生物膜干涉实验，发现CO-CCT-NF-YB/YC复合物对于此前所鉴定的潜在CO作用靶点CORE1、CORE2、P1、P2具有相似的亲合力。随后分别解析了CO-CCT结构域、NF-YB、NF-YC以及FT启动子区的顺式作用元件CORE2或者CORE1 DNA的四元复合物结构。

图1 .CO-CCT-NF-Y与FT CORE的复合物整体结构

通过EMSA实验，研究者发现FT的启动子区域可以通过不同的结合位点结合多个CO-CCT-NF-YB/YC复合物。而位于CO氮端的 B-Box domain，在体外下拉实验中，显示其可与自身产生相互作用；在静态光散色实验中，展现出了多聚状态。因此，研究人员提出了以下模型：CO蛋白通过B-Box实现聚合，通过CCT 与NF-YB/YC形成复合物，高效识别FT启动子区域的多个TGTG元件, 实现对于FT启动子区域的精准调控。

图2 CO-NF-Y复合物对于FT的特异性识别及调控模型

（注：根据这个模型，CO 蛋白的B-Box 结构域可以聚集成四聚体，于是牵引4个CO-CCT-NF-YB/YC三聚体去特异性结合FT启动子区域的CORE1, CORE2 和 P1/P2。这种多重结合可以提升亲和力和特异性。）

论文第一作者为中科院分子植物卓越中心/上海植物逆境中心访问博士生吕莘辰，杜嘉木为通讯作者。上海植物逆境中心研究员何跃辉、Chanhong Kim以及南科大助理教授吴柘对本研究进行了指导。国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U线站工作人员为该工作提供了及时有效的支持。该研究得到了国家重点研发计划，深圳市科创委重点项目，广东省植物细胞工厂分子设计重点实验室和南方科技大学等的资助。（文/南科大）