拟南芥F-box基因FOF2调控开花的分子机理研究

蛋白质降解是一个重要的转录后调控过程，通过调节关键蛋白的水平，促使生物体对胞内信号及外界环境条件的改变而迅速作出反应。UPS(ubiquitin proteasome system )途径是真核生物体内最主要的蛋白降解途径。SCF(Skp, Cullin, F-box)复合体中的F-box蛋白通过特异性识别和结合，而介导靶蛋白通过UPS途径降解。在前期研究中，我们通过筛选具有开花表型的F-box基因显性失活突变体（Dominant negative mutant），发现了一个调控开花并受蓝光和生物钟调控的新基因FOF2(F-box deletion Overexpression Flowering 2)。本项目将进一步系统研究光对FOF2基因表达的调控；FOF2基因对开花的调控作用；鉴定与FOF2蛋白相互作用的靶蛋白，并研究靶蛋白的降解模式，旨在揭示FOF2基因调控开花的分子机理。

F-box蛋白在植物生长发育过程中具有重要调控作用。拟南芥中有约700个F-box基因，但是大多数基因的功能未知。我们采用反向遗传学的手段筛选到参与调控开花的F-box基因FOF2。研究发现MycFOF2ox过量表达转基因株系在长日下开花推迟，短日下开花更迟。FOF2i干扰表达株系及MycFOF2D负显性突变体开花提早。分析FOF2在花芽分化期间的表达，发现FOF2的转录水平和蛋白水平在花芽分化前期高，随后降低，并保持较低的水平，这些基因表达模式与FOF2负调控开花的功能相一致。RNA-seq及实时定量PCR结果显示，FLC在MycFOF2ox中的表达量升高，FT和SOC1的表达量则降低。春化处理或者将flc-3突变位点引入MycFOF2ox转基因株系，可使MycFOF2ox的晚开花表型得到恢复，FT和SOC1的表达量升高，表明FOF2是自主开花途径成员，通过促进FLC表达抑制开花。分析光对FOF2基因表达的调节，发现FOF2在转录水平和转录后水平上都受光调节，在光照条件下FOF2转录水平增加、蛋白积累，在暗中FOF2转录水平和蛋白水平都下降，MG132抑制剂处理可抑制FOF2在暗中降解。这些研究结果表明FOF2可能作为联系光与自主开花途径的节点基因。筛选到FOF2的互作蛋白TCP20、VOZ1和VOZ2，我们将通过遗传实验分析FOF2与TCP20、VOZ1和VOZ2在开花途径中的关系，深入了解FOF2调控开花的分子机制。另外，成功构建了含有不同启动子和标签蛋白的双基因植物表达载体pDTs，为研究蛋白间的相互作用提供了新途径。. 此外，研究发现蓝光受体CRY2蛋白CCE结构域中的丝氨酸为依赖蓝光磷酸化位点，这些位点突变抑制CRY2在蓝光下降解、生理功能减弱；转录因子TCP2在蓝光下积累，在暗中和远红光下降解，与蓝光受体CRY1互作调控光形态建成；UPS(ubiquitin proteasome system)途径26S蛋白酶体亚单位Rpn1a负调控拟南芥叶和茎表皮毛分化和分枝；F-box基因FOA1通过ABA信号通路参与调节种子萌发、主根伸长。这些研究发现可促进我们了解UPS途径及其F-box蛋白成员在植物生长发育过程中的调控作用。