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Plant Cell | 一个调控植物开花的分子开关!

发布时间:2021-11-23 09:03 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

      2021年11月19日,新加坡淡马锡生命科学研究院申莉莎课题组The Plant Cell 在线发表了题为 “A Molecular Switch for FLC Activation Determines Flowering Time in Arabidopsis”的研究论文,报道了植物开花调控的新机制。

      开花时间对植物的生长繁衍至关重要,通过对模式植物拟南芥的研究发现,其开花时间受复杂的遗传调控网络以及外部环境的影响【1-3】。前期的研究结果表明,FLOWERING LOCUS C (FLC) 是拟南芥开花调控网络中的主要抑制因子,其表达量与拟南芥生态型不同开花时间密切相关,其中冬季生态型的开花需要经过长期的春化处理。在冬季生态型中,FRI与FRL1,FES1,SUF4,FLX以及FLX4能够形成FRI-C复合物以激活FLC的表达,从而导致延迟开花;然而在一些夏季生态型中,由于fri缺失,使FES1,SUF4,FLX以及FLX4只能维持FLC的本底表达以及相对较早的开花性状【4, 5】

 

      该研究发现,FLC的表达受磷酸酶C-TERMINAL DOMAIN PHOSPHATASE-LIKE 3 (CPL3)的调控。作者首次发现在夏季生态型Col背景下,CPL3基因敲除突变体表现出明显的早花表型,并且伴随着FLC的表达量显著降低,同时在含有FRI的冬季生态型中,缺失CPL3导致FLC的表达量下降且抑制了该生态型的晚花表型,表现出早花现象,表明CPL3对FLC的表达调控同时影响拟南芥两种生态型的正常开花。

cpl3突变体在夏季和冬季生态型背景下都提前开花
 

      由于CPL3作为磷酸酶具有去磷酸基团的活性,作者因此推测CPL3可能通过影响FLC上游调控因子的磷酸化水平从而控制其表达。进一步的研究表明CPL3与FLX以及FLX4能够互作形成蛋白复合物。通过检测植物体内FLX和FLX4的磷酸化水平发现只有FLX4在拟南芥中存在磷酸化形式。质谱分析表明FLX4的coiled-coil结构域中包含两个磷酸化位点S171和S262。通过对这两个位点进行磷酸化和去磷酸化模拟显示,只有将262位点的丝氨酸模拟为磷酸化形式的载体gFLX4S226D转入冬季生态型FRI flx4-2突变体后,该突变体不能恢复产生FRI冬季生态型的表型,表明该位点的磷酸化形式能够抑制FLX4的活性。ChIP结果进一步表明,S262的磷酸化形式能够抑制FLX4与FLC启动子区域的结合,进而抑制FLC的表达。与此同时作者发现在cpl3突变体背景下,FLX4的磷酸化水平增高,同样造成与FLC启动子的结合能力显著下降,进而导致FLC表达下降。综上所述,该研究揭示了磷酸酶CPL3介导的FLX4去磷酸化对调控植物的正常开花至关重要


CPL3 调控开花的分子模型

 

      申莉莎研究员和张禹博士为论文的第一作者,申莉莎研究员为本文的通讯作者。此外,Nunchanoke Sawettalake 博士也参与了该项研究。

 


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