植物所揭示植物中O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控發育新機制

2020-12-05 中國科學院

　　細胞內蛋白質翻譯後O-連N-乙醯氨基葡萄糖（O-GlcNAc）修飾，由O-GlcNAC糖基轉移酶催化完成，這種糖基化修飾參與調控細胞內多種重要的生物學過程，並在人類疾病與治療中得到應用。在植物中，這種動態的蛋白糖基化與磷酸化修飾調節植物春化作用介導的開花過程，而O-GlcNAc信號與組蛋白表觀遺傳調控的關係尚不清楚。

　　中國科學院植物研究所研究員、中國科學院院士種康團隊致力於植物體內O-GlcNAc信號調控春化響應及開花時間的分子機制研究。近期，該團隊發現，擬南芥O-GlcNAc轉移酶SEC基因功能缺失突變體具有早花的表型，且突變體中開花時間的負調節因子FLC的轉錄受到抑制，同時FLC染色質區組蛋白H3K4me3修飾水平顯著降低，表明植物體內糖基轉移酶SEC參與表觀遺傳介導的開花時間調節過程。FLC位點組蛋白的H3K3me3修飾由組蛋白甲基轉移酶ATX1催化完成，該研究發現SEC可以直接催化ATX1使其獲得O-GlcNAc修飾。在體外及體內條件下，SEC均表現出通過O-GlcNAc修飾而激活ATX1的組蛋白甲基轉移酶活性，而且，遺傳分析表明ATX1的功能依賴於SEC。進一步的蛋白質譜分析及蛋白點突變功能驗證結果表明，位於ATX1的SET結構域中的Ser947是SEC對ATX1進行O-GlcNAc修飾並且激活其組蛋白甲基轉移酶活性的關鍵位點。

　　該研究揭示了植物體內一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控開花的機制，並且建立了組蛋白甲基轉移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發育過程的新功能。研究結果為表觀遺傳調控植物發育開闢了新途徑，同時也為進一步研究O-GlcNAc信號調控植物發育及外界環境響應的分子機制奠定了基礎。

　　該研究成果於8月27日在線發表於國際學術期刊The EMBO Journal。種康研究組副研究員邢立靜和已畢業客座博士生劉焱為論文的共同第一作者，種康為通訊作者。相關工作得到國家基金委和科技部的資助。

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O-GlcNAc轉移酶SEC通過O-GlcNAc修飾激活組蛋白甲基轉移酶ATX1的活性進而負調控開花時間 

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