蛋白质精氨酸甲基化修饰SAP蛋白调控拟南芥开花的分子机制研究

开花是植物从营养生长向生殖发育转变的关键。蛋白质精氨酸甲基转移酶SKB1是开花时间的重要调控因子。我们前期的研究发现了两个SKB1互作蛋白，命名为SAP3和SAP4，推测可能与pre－mRNA可变剪接相关，其拟南芥突变体的FLC表达水平降低，呈现早花表型。在此基础上，本项目拟揭示SAP3和SAP4调控植物开花的分子机制。首先通过生化方法分析SAP3/4能否被精氨酸甲基化修饰并确定其甲基化位点；其次通过遗传学方法证明SAP3/4的精氨酸甲基化修饰对其调控开花时间功能的影响；应用分子生物学方法确定SAP3/4通过影响哪些基因的可变剪接调控植物开花时间；进一步研究SAP3/4调控FLC转录的作用机制，从而确认它们在开花调控网络中的位置。本项目力图通过研究精氨酸甲基化对SAP3/4蛋白功能的影响,揭示蛋白质精氨酸甲基化调控拟南芥开花的一种新机制。拟发表SCI论文1－2篇；培养研究生1－2名。

在我们的研究中，发现了两个基因SmD3a（AT1G76300)和SmD3b (AT1G20580)，它们编码的蛋白可以被精氨酸甲基化修饰，且分别在两者的敲除突变体中呈现不同程度的早花表型。围绕这两个蛋白及其精氨酸甲基化修饰在拟南芥开花调控中的功能，我们取得了一系列的研究成果。.　　取得成果如下：.　　1)证实SmD3a和SmD3b两个基因参与开花调控。.突变体表型分析及互补实验证实SmD3a和SmD3b两个基因参与开花调控，且SmD3b在拟南芥开花调控中发挥着更重要的作用；在拟南芥突变体smd3b中FLC表达量特异性降低，证明SmD3b对拟南芥开花的调控是依赖于开花调控的核心因子FLC的。.　　2)确证蛋白质精氨酸甲基化影响SmD3b开花调控的功能。.通过体外甲基化活性分析实验证明SmD3b可以被精氨酸甲基化修饰，其四个保守的精氨酸（R）中R3、R4是主要的甲基化位点。我们通过定点突变，构建了一系列SmD3b的突变体。将野生型的SmD3b及其突变基因互补smd3b突变体。遗传学分析证明SmD3b抑制拟南芥开花，其甲基化程度越高其功能越强，削弱SmD3b的甲基化，SmD3b抑制拟南芥开花的功能减弱，该类转基因的smd3b突变体仍保持早花表型。. 3)证实在拟南芥中SmD3b是前体RNA拼接所必需的，且SmD3b的甲基化修饰调节开花调控相关基因LOV1的前体RNA拼接，预示了精氨酸甲基化调控拟南芥开花的新机制。.我们对smd3b的总RNA进行转录组测序分析，实验表明SmD3b的缺失影响了前体RNA正确的拼接。将在突变体中出现拼接错误的基因进行聚类分析，发现这些基因参与到多个生物学过程，其中包括生殖转化即开花调控过程。其中，我们发现了一个与开花调控密切相关的基因LOV1，SmD3b蛋白的甲基化状态直接影响了LOV1不同转录本的相对表达量，微调了其功能型产物存在的比例，从而调控了开花。.　　依照本项目伊始确立的研究目标，我们揭示了SmD3b蛋白在拟南芥中调控开花的生理功能，并找到了SmD3b作用的下游基因——开花调控基因LOV1，以该基因前体RNA的拼接调控为例提出了蛋白质精氨酸甲基化调控开花的新机制——恰当的前体RNA拼接。基本完成了研究任务。