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Science:英国科学家揭示植物开花基因

摘要 : 2016年7月29日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了英国诺维奇科学园John Innes中心Caroline Dean研究员的一篇研究论文,论文揭示了春化过程的未知步骤,将一个负责开花时间的重要基因,与调节它的蛋白质联系起来。

 2016年7月29日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了英国诺维奇科学园John Innes中心Caroline Dean研究员的一篇研究论文,论文揭示了春化过程的未知步骤,将一个负责开花时间的重要基因,与调节它的蛋白质联系起来。研究对理解植物如何开始开花有突破性进展,这一新的研究这一新发现可能有助于开发新的品种,以在不断变化的气候下,生产我们需要的食物。

几十年的研究已经深入理解了“春化”的过程,植物如何感知低温的时期,并“记忆”这一信息以控制开花时间。它可确保植物在破坏性的冬季避免开花,而在温暖的春季和夏季开花,这时它们有足够的时间和阳光来产生种子。因此,了解春化现象,对于商业作物(如油菜、花椰菜以及其他许多作物)的成功至关重要。

这一重要的过程依赖于植物“记住”在低温条件下度过了多长时间,通过逐渐修改植物细胞中发现的一个特定基因。

先前的研究已经表明,开花是由一个叫做FLOWERING LOCUS C(FLC)的基因抑制。在寒冷的温度条件下,包裹在该基因周围的蛋白质被逐步修改,这个基因的表达关闭,最终让植物能够从发育的“生长”阶段切换到“开花”阶段。

在这项新的工作中,John Innes中心的Caroline Dean教授带领的一个研究小组,让遗传学为他们带路。他们研究了一个变异的植物种群,发现了一个不能正确应对寒冷的个体。然后他们找到了这个突变在个体中发生的位置,并发现它是FLC基因内一个单碱基对的变化。

进一步的实验成功确定了蛋白质VAL1是如何识别FLC基因内的DNA序列。在未能正确响应寒冷的植物中,该突变可防止这种识别,所以FLC不能被关闭。

Caroline Dean教授说,“这个令人兴奋的新发现,首次让我们看到,一个细胞中的调节因子如何确定哪些靶基因被关闭。在FLC上一个特定的序列被识别,并且没有这个序列,FLC就不会被抑制,植物将不再开花。”

这项研究还在几种近缘芸薹属植物中,调查了FLC基因中VAL1的结合部位,并发现它是保守的,从而表明这类调控对于花期控制来说,在进化上一直都是保守的。

原文链接:

Arabidopsis transcriptional repressor VAL1 triggers Polycomb silencing at FLC during vernalization

原文摘要:

The determinants that specify the genomic targets of Polycomb silencing complexes are still unclear. Polycomb silencing of Arabidopsis FLOWERING LOCUS C (FLC) accelerates flowering and involves a cold-dependent epigenetic switch. Here we identify a single point mutation at an intragenic nucleation site within FLC that prevents this epigenetic switch from taking place. The mutation blocks nucleation of plant homeodomain–Polycomb repressive complex 2 (PHD-PRC2) and indicates a role for the transcriptional repressor VAL1 in the silencing mechanism. VAL1 localizes to the nucleation region in vivo, promoting histone deacetylation and FLC transcriptional silencing, and interacts with components of the conserved apoptosis- and splicing-associated protein (ASAP) complex. Sequence-specific targeting of transcriptional repressors thus recruits the machinery for PHD-PRC2 nucleation and epigenetic silencing.

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