华中农大揭示调控水稻光周期开花复合物的作用机制

iPlants  |   2020-08-28 22:40

来源:iPlants

2020年8月25日,The Plant Cell杂志在线发表了华中农业大学邢永忠教授和殷平教授团队合作题为“Structural Insight into DNA Recognition by CCT/NF-YB/YC Complexes in Plant Photoperiodic Flowering”的研究论文。该研究利用遗传学、细胞生物学和结构生物学技术阐明了CCT 家族蛋白与NF-YB、NF-YC形成三元复合物是一种普遍存在的现象,并且揭示了形成的CCT/NF-YB/YC三元复合物识别DNA的分子机制。
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开花是被子植物由营养生长向生殖生长转换的中间过程,是植物一生中最重要的过程之一,在植物的发育过程中受到严格的调控,植物的开花时间也受到了光照、温度、逆境胁迫等多种环境因素的影响,合适的开花时间能够让植物繁衍得以生存,而通过对作物如水稻、玉米、小麦等开花时间的精细控制可以得到更高的产量,达到高产稳产的目的。因此,研究植物开花是一个生物学基础问题,对于认识植物如何响应环境来精密调控生殖转换和生物适应性都有重要意义,同时也在农业生产中具有应用价值。
水稻的光周期响应决定了水稻的抽穗期和地域适应性,与水稻的最终产量密切相关。在该研究中,作者首先筛选了GHD8的互作蛋白,发现其可以与OsNF-YC2形成异源二聚体,接着通过荧光素酶互补技术、pull down技术以及凝胶阻滞技术确定了分别来自三个CCT亚家族的GHD7、GHD7.1、HD1均可以与GHD8/OsNF-YC2形成三元复合物,并且这种互作主要是通过CCT结构域来完成的,通过EMSA和ITC分析证实了GHD7、GHD7.1、HD1与NF-YB/YC形成三元复合物后对DNA的结合能力显著增强。进一步作者解析了包裹DNA的HD1CCT/GHD8/OsNF-YC2复合物的晶体结构,结构显示CCT结构域包含a-螺旋1、loop 1、a-螺旋2、loop 2四个二级结构元件,前两个元件负责与NF-YB和NF-YC互作,后两个元件负责对DNA特异识别,NF-YB和NF-YC则通过与DNA磷酸骨架的互作来增强复合物对DNA的结合能力,促进CCT蛋白对DNA的识别。作者还通过EMSA和ITC分析等生化实验鉴定出了CCT结构域上多个关键氨基酸功能位点,解释了不同物种中CCT基因突变体的功能失活机制,也为利用分子育种手段改良CCT基因来培育高产和广泛地域适应性的作物品种提供了重要参考意义。
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博士后申翠翠和刘海洋为本论文的共同第一作者,邢永忠教授和殷平教授为论文共同通讯作者。华中农业大学校级蛋白质平台为该研究的开展提供了支持,上海同步辐射光源(SSRF)为数据收集提供了帮助。该研究受到了科技部基金、国家自然科学基金、校自主创新基金和博士后基金的资助。

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