剪接因子SIP1参与温度途径调控拟南芥开花时间的分子机制

Flowering must be properly timed to ensure maximal reproductive success. As global temperatures rise, flowering regulation by temperature is attracting much more attention. However, the mechanism in the post-transcriptional level by which temperature controls flowering has been largely unknown. Pre-mRNA splicing, an important post-transcriptional regulation of gene expression, is a fundamental mechanism underlying plant development in response to environmental cues. In our previous study, SIP1 (SMP1 interacting protein 1), a new spliceosome component containing RRM domains, was isolated and verified. sip1-1, the T-DNA insertion mutant, exhibited early flowering phenotype and the phenotype was insensitive to the ambient temperatures. First, we will elucidate the functional role of SIP1 in splicing by biochemical analysis; second, we will identify the direct target of SIP1 by RNA-seq; and then we will reveal the mechanisms underlying flowering time control by means of genetics, molecular biology and biochemistry. These results will help us to better understand how the plants integrate the ambient temperature signal to regulate flowering in the post-transcriptional level and lay the theoretical foundation for genetic improvement in plants.

植物必须适时开花以保证后代的顺利繁衍。随着全球温度的升高，温度信号调控开花时间的研究正引起广泛关注。然而，转录后水平调控方式参与温度途径影响开花的研究非常欠缺。前体mRNA剪接是植物响应环境信号调控生长发育的一种重要的转录后水平调控方式。申请者前期鉴定到一个新的剪接复合体组分SIP1 (SMP1 interacting protein 1)，并得到了其突变体和转基因恢复系。突变体相较于野生型表现出开花时间提前且开花对温度变化不敏感的表型，表明SIP1参与温度途径调控开花时间。本项目以SIP1为切入点，一方面通过分子生化手段明确其剪接功能；另一方面通过RNA-seq筛选出温度依赖且剪接异常的开花因子，并利用遗传和分子生化手段验证SIP1的剪接底物，揭示其参与温度途径调控开花的分子机制。相关结果将有助于在转录后水平阐明温度信号调控开花时间的作用机理，为提高植物环境适应性的遗传改良提供科学依据。

植物必须适时开花以保证后代的顺利繁衍。截至目前，剪接因子通过温度途径在转录后水平调控植物开花时间的研究相对欠缺。以模式植物拟南芥作为研究对象，开展剪接因子通过环境温度调控开花时间的研究，对作物应对周围环境温度变化具有重要的理论意义。由于剪接复合体在物种进化过程中相对保守，因此，该研究成果对作物应对环境温度变化调控开花时间的相关问题也具有一定的参考价值和指导意义。. 本项目在前期工作基础上，开展了如下工作：1）利用野生型和突变体材料通过转录组高通量测序（RNA-seq）进行选择性剪接差异基因分析，一方面从分子水平证实SIP1（SMP1 interacting protein 1）蛋白参与剪接的分子功能，另一方面为筛选下游开花时间相关的靶基因奠定了基础；2）利用野生型和转基因恢复株系通过免疫沉淀和质谱分析相结合（IP-MS）的方法，鉴定到SIP1蛋白参与剪接复合体的组装，证实SIP1蛋白是剪接亚复合体MAC（MOS4-associated complex）复合体组分；3）通过剪接差异基因分析发现，温度响应的开花因子FLM（Flowering Locus M）的选择性剪接表现出明显差异，并通过遗传和分子生化手段进行了验证。相关结果在转录后水平阐明剪接因子通过温度信号调控开花时间的作用机理，为提高植物环境适应性的遗传改良提供科学依据。. 本项目成果在投SCI论文1篇（Journal of Plant Research, 2021），准备投稿SCI论文1篇（Molecular Plant, 2021）。本项目研究过程中，申请专利1项，指导在读硕士研究生两名。