8月25日，The Plant Cell雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗室水稻團(tuán)隊和蛋白質(zhì)科學(xué)研究團(tuán)隊的最新合作研究成果，兩個團(tuán)隊利用遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)闡明了CCT 家族蛋白與NF-YB、NF-YC形成三元復(fù)合物是一種普遍存在的現(xiàn)象，并且揭示了形成的CCT/NF-YB/YC三元復(fù)合物識別DNA的分子機(jī)制，研究成果以“Structural Insight into DNA Recognition by CCT/NF-YB/YC Complexes in Plant Photoperiodic Flowering”為題發(fā)表。
開花是被子植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)換的中間過程，是植物一生中最重要的過程之一，在植物的發(fā)育過程中受到嚴(yán)格的調(diào)控，植物的開花時間也受到了光照、溫度、逆境脅迫等多種環(huán)境因素的影響，合適的開花時間能夠讓植物繁衍得以生存，而通過對作物如水稻、玉米、小麥等開花時間的精細(xì)控制可以得到更高的產(chǎn)量，達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。因此，研究植物開花是一個生物學(xué)基礎(chǔ)問題，對于認(rèn)識植物如何響應(yīng)環(huán)境來精密調(diào)控生殖轉(zhuǎn)換和生物適應(yīng)性都有重要意義，同時也在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有應(yīng)用價值。
水稻的光周期響應(yīng)決定了水稻的抽穗期和地域適應(yīng)性，與水稻的最終產(chǎn)量密切相關(guān)。邢永忠教授課題組長期致力于水稻產(chǎn)量形成機(jī)制的研究，在前期的研究中先后克隆了一系列調(diào)控水稻產(chǎn)量、株高和抽穗期的多效性基因Ghd7、Ghd8、Ghd7.1、Hd1/Ghd6等，它們都是水稻光周期響應(yīng)的主效基因，可以在延遲抽穗期的同時增加產(chǎn)量。其中Ghd7、Ghd7.1和Hd1分別屬于CCT家族的CMF、PRR、COL三個不同亞家族，Ghd8屬于NF-Y家族的YB亞家族，這些基因之間具有復(fù)雜的遺傳調(diào)控關(guān)系，并共同決定了水稻抽穗期的光周期響應(yīng)機(jī)制。殷平教授課題組則長期致力于光信號調(diào)控復(fù)合物和核酸結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，在植物藍(lán)光受體的作用機(jī)制和植物PPR家族蛋白的RNA識別機(jī)制方面取得了系統(tǒng)性研究成果。
在該研究中，作者首先篩選了GHD8的互作蛋白，發(fā)現(xiàn)其可以與OsNF-YC2形成異源二聚體，接著通過熒光素酶互補(bǔ)技術(shù)、pull down技術(shù)以及凝膠阻滯技術(shù)確定了分別來自三個CCT亞家族的GHD7、GHD7.1、HD1均可以與GHD8/OsNF-YC2形成三元復(fù)合物，并且這種互作主要是通過CCT結(jié)構(gòu)域來完成的，通過EMSA和ITC分析證實(shí)了GHD7、GHD7.1、HD1與NF-YB/YC形成三元復(fù)合物后對DNA的結(jié)合能力顯著增強(qiáng)。進(jìn)一步作者解析了包裹DNA的HD1CCT/GHD8/OsNF-YC2復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)顯示CCT結(jié)構(gòu)域包含a-螺旋1、loop 1、a-螺旋2、loop 2四個二級結(jié)構(gòu)元件，前兩個元件負(fù)責(zé)與NF-YB和NF-YC互作，后兩個元件負(fù)責(zé)對DNA特異識別，NF-YB和NF-YC則通過與DNA磷酸骨架的互作來增強(qiáng)復(fù)合物對DNA的結(jié)合能力，促進(jìn)CCT蛋白對DNA的識別。作者還通過EMSA和ITC分析等生化實(shí)驗鑒定出了CCT結(jié)構(gòu)域上多個關(guān)鍵氨基酸功能位點(diǎn)，解釋了不同物種中CCT基因突變體的功能失活機(jī)制，也為利用分子育種手段改良CCT基因來培育高產(chǎn)和廣泛地域適應(yīng)性的作物品種提供了重要參考意義。
博士后申翠翠和劉海洋為本論文的共同第一作者，邢永忠教授和殷平教授為論文共同通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校級蛋白質(zhì)平臺為該研究的開展提供了支持，上海同步輻射光源（SSRF）為數(shù)據(jù)收集提供了幫助。該研究受到了科技部基金、國家自然科學(xué)基金、校自主創(chuàng)新基金和博士后基金的資助。
論文鏈接： http://www.plantcell.org/content/early/2020/08/25/tpc.20.00067
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