鋅指蛋白轉錄因子調控水稻開花時間的分子機理

《鋅指蛋白轉錄因子調控水稻開花時間的分子機理》是依託復旦大學，由石金磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋅指蛋白轉錄因子調控水稻開花時間的分子機理
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：石金磊

項目摘要

開花是植物從營養生長向生殖生長的轉換過程，適時開花是植物繁衍的關鍵，而且與農業生產緊密相關。開花時間受到內部遺傳因子和外部環境信號的共同調控。作為短日照植物水稻，開花時間對於氣候和區域適應性來說是重要的農藝性狀，針對這一性狀的選育可以使水稻能夠在各種經度、緯度和季節種植。我們實驗室前期報導了水稻組蛋白甲基轉移酶SDG725的生理功能及調控水稻開花時間的工作。我們未發表的研究發現：一個鋅指蛋白轉錄因子也能夠調節水稻開花時間，而且可能與SDG725具有協同作用。染色質修飾在長日照植物擬南芥中對開花時間的影響已有較多研究，但是，在水稻中組蛋白甲基化修飾如何影響開花時間還知之甚少。我們旨在通過本項目的研究，解析鋅指蛋白轉錄因子在水稻開花過程中的生物學功能，闡明轉錄因子和組蛋白甲基轉移酶如何共同調控水稻開花的分子機制，對於水稻分子輔助育種有著重要的理論意義與套用價值。

結題摘要

開花是植物從營養生長向生殖生長的轉換過程，適時開花是植物繁衍的關鍵，而且與農業生產緊密相關。開花時間受到內部遺傳因子和外部環境信號的共同調控。作為短日照植物水稻，開花時間對於氣候和區域適應性來說是重要的農藝性狀，針對這一性狀的選育可以使水稻能夠在各種經度、緯度和季節種植。 通過酵母篩庫的方法，找到了SDG725的結合蛋白OsSUF4，該蛋白是具有鋅指蛋白結構域的轉錄因子，體外pull-down和體內的酵母雙雜交實驗和BiFC實驗都證實，SDG725的C末端與SUF4相互作用，進一步的實驗證明，OsSUF4是通過C末端與SDG725的C端結合。我們獲得了SUF4RNAi的不同的轉基因水稻株系，這些轉基因水稻都表現出晚花的表型，同時，我們將SUF4RNAi株系與725Ri株系進行雜交，得到了suf4Ri/725Ri雙突變的株系，雙突變體也表現出與兩個單突變體相同的晚花表型。我們比較了野生型水稻，suf4Ri，suf4cs(共抑制)，725Ri突變體水稻中一些重要開花調節因子的表達量，發現Ehd1，Hd3a，RFT1這三個主要的開花基因表達量顯著下調。 同時，我們用染色質免疫沉澱的實驗，檢測了SUF4下調突變體中，Hd3a和RFT1上H3K36和H3K4甲基化水平的變化，發現在這兩個基因啟動子區，H3K36甲基化水平降低，說明SUF4的下調影響了SDG725在啟動子區建立組蛋白甲基化修飾。為了研究SUF4在基因組範圍內的可能結合靶基因，我們訂製了SUF4的單克隆抗體，該抗體能夠在體外和體內識別SUF4蛋白，並且能夠進行ChIP實驗。在ChIP實驗中，我們發現在Hd3a和RFT1基因啟動子上，分別有一段區域上SFU4的結合能力和H3K36甲基化水平都下降了，暗示這段區域有可能是SUF4轉錄因子所結合的區段，體外的EMSA實驗證實了我們的猜測。同時，EMSA實驗還證實，SDG725的蛋白能夠促進SUF4與Hd3a結合。 通過本項目的研究，我們闡明了，在水稻這樣一個單子葉植物中，在不存在FLC的情況下，SUF4蛋白通過直接結合開花調節因子Hd3a和RFT1的啟動子上，從而實現調控水稻開花過程。