Plant Cell ： 拟南芥开花调控，一个非环境依赖型的开花调控基因CHR4

来源：BioArt植物

近日，The Plant Cell在线发表德国马普育种所George Coupland实验室题为 Mutagenesis of a Quintuple Mutant Impaired in Environmental Responses Reveals Roles for CHROMATIN REMODELING4 in the Arabidopsis Floral Transition 的研究论文。该研究通过遗传筛选的方式鉴定拟南芥中环境非依赖型的开花调控基因，揭示了染色质重塑因子CHR4在拟南芥成花转换过程中具有促进作用。

开花是植物从营养生长向生殖发育转化的重要标志。调控植物开花的途径有光周期途径、春化途径、赤霉素途径和自主途径等【1】，其中前两种为环境依赖型途径，目前对于外界环境促进开花的研究机制已经较为清晰。光周期途径中长日照条件可促进开花，而短日照条件下会推迟开花【2】。拟南芥中参与光周期途径调控开花的基因包括转录因子CONSTANS (CO)、FLOWERING LOCUS T (FT)、TWIN SISTER OF FT (TSF)、FD、SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1 (SOC1)、FRUITFULL (FUL) 等【2,3】。

通过春化途径调控开花的基因主要包括开花抑制子FLOWERING LOCUS C (FLC) 以及与FLC形成调控复合体的另一个MADS-box类转录因子SHORT VEGETATIVE PHASE (SVP)。拟南芥利用春化过程抑制FLC的转录进而通过光周期和内源信号途径促进开花【4】。

为了筛选环境非依赖型的开花调控基因，研究人员创建了一个包含svp-41 flc-3 ft-10 tsf-1 soc1-2 的五突材料，该突变体材料对于光周期和温度条件等环境信号的刺激不敏感。在短日照下相比于Col-0野生型，该五突材料的开花期提前，通过RNA-seq测序分析发现突变体中一些环境非依赖型的开花调控基因的表达水平明显升高。随后研究人员以该五突为敏感型的背景材料，通过诱变的方法再次进行筛选，结果发现两个相比五突材料花期推迟的突变体quintuple ems 1 (qem1) 和 quintuple ems 2 (qem2)。对这两个突变体材料通过正向遗传学的方法进行定位发现他们位于第5染色体的不同区域，其中qem1为赤霉素氧化酶GA20ox2基因的编码区，而qem2突变位点的定位确定为编码CHD3-like的ATP依赖型的染色质重塑因子CHR4的基因区间。通过回补实验证明CHR4的确是导致qem2晚花的原因。

通过对chr4-2、qem2、Col-0和五突材料进行RNA-seq测序分析，并利用免疫共沉淀实验(Co-IP)，发现一系列调控开花的基因在体外能够与CHR4产生互作，其中包括MADS-box类转录因子、SPL家族基因和AP2类转录因子。通过染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)发现，CHR4能够影响基因组上特定位点的H3K27me3和H3K4me3修饰水平，chr4-2中组蛋白修饰的改变与基因表达的变化存在显著的相关性。这些结果进一步解释了染色质重塑因子CHR4对于拟南芥成花转换过程具有促进的作用。

总之，该研究通过遗传筛选的方法鉴定了一个环境非依赖型的开花调控基因CHR4，发现该染色质重塑因子CHR4具有促进成花转换的作用。通过该研究拓宽了我们对于成花转换过程的认识。