研究揭示調控水稻光周期開花複合物CCT/NF-YB/YC的轉錄調控機制

2021-01-09 生物谷

 

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8月25日，The Plant Cell雜誌在線發表了我校作物遺傳改良國家重點實驗室水稻團隊和蛋白質科學研究團隊的最新合作研究成果，兩個團隊利用遺傳學、細胞生物學和結構生物學技術闡明了CCT 家族蛋白與NF-YB、NF-YC形成三元複合物是一種普遍存在的現象，並且揭示了形成的CCT/NF-YB/YC三元複合物識別DNA的分子機制，研究成果以「Structural Insight into DNA Recognition by CCT/NF-YB/YC Complexes in Plant Photoperiodic Flowering」為題發表。

開花是被子植物由營養生長向生殖生長轉換的中間過程，是植物一生中最重要的過程之一，在植物的發育過程中受到嚴格的調控，植物的開花時間也受到了光照、溫度、逆境脅迫等多種環境因素的影響，合適的開花時間能夠讓植物繁衍得以生存，而通過對作物如水稻、玉米、小麥等開花時間的精細控制可以得到更高的產量，達到高產穩產的目的。因此，研究植物開花是一個生物學基礎問題，對於認識植物如何響應環境來精密調控生殖轉換和生物適應性都有重要意義，同時也在農業生產中具有應用價值。

水稻的光周期響應決定了水稻的抽穗期和地域適應性，與水稻的最終產量密切相關。邢永忠教授課題組長期致力於水稻產量形成機制的研究，在前期的研究中先後克隆了一系列調控水稻產量、株高和抽穗期的多效性基因Ghd7、Ghd8、Ghd7.1、Hd1/Ghd6等，它們都是水稻光周期響應的主效基因，可以在延遲抽穗期的同時增加產量。其中Ghd7、Ghd7.1和Hd1分別屬於CCT家族的CMF、PRR、COL三個不同亞家族，Ghd8屬於NF-Y家族的YB亞家族，這些基因之間具有複雜的遺傳調控關係，並共同決定了水稻抽穗期的光周期響應機制。殷平教授課題組則長期致力於光信號調控複合物和核酸結合蛋白的結構生物學研究，在植物藍光受體的作用機制和植物PPR家族蛋白的RNA識別機制方面取得了系統性研究成果。

在該研究中，作者首先篩選了GHD8的互作蛋白，發現其可以與OsNF-YC2形成異源二聚體，接著通過螢光素酶互補技術、pull down技術以及凝膠阻滯技術確定了分別來自三個CCT亞家族的GHD7、GHD7.1、HD1均可以與GHD8/OsNF-YC2形成三元複合物，並且這種互作主要是通過CCT結構域來完成的，通過EMSA和ITC分析證實了GHD7、GHD7.1、HD1與NF-YB/YC形成三元複合物後對DNA的結合能力顯著增強。進一步作者解析了包裹DNA的HD1CCT/GHD8/OsNF-YC2複合物的晶體結構，結構顯示CCT結構域包含a-螺旋1、loop 1、a-螺旋2、loop 2四個二級結構元件，前兩個元件負責與NF-YB和NF-YC互作，後兩個元件負責對DNA特異識別，NF-YB和NF-YC則通過與DNA磷酸骨架的互作來增強複合物對DNA的結合能力，促進CCT蛋白對DNA的識別。作者還通過EMSA和ITC分析等生化實驗鑑定出了CCT結構域上多個關鍵胺基酸功能位點，解釋了不同物種中CCT基因突變體的功能失活機制，也為利用分子育種手段改良CCT基因來培育高產和廣泛地域適應性的作物品種提供了重要參考意義。(生物谷Bioon.com）

 

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