中国学者PLOS Genetics解析花序结构发育机理

　　

　　花是被子植物的生殖器官，由茎顶端分生组织的细胞分化而来。禾本科植物的花序发育成为果实，为人类提供重要的粮食来源。前人研究表明，转录因子BREVIPEDICELLUS（BP）是花序结构发育的重要调控者，通过影响下游基因KNAT2和KNAT6的表达，从而影响花序的形态建成，然而其潜在的遗传学机制及分子机理尚不清楚。

　　中国科学院华南植物园刘勋成指导研究生赵明磊在模式植物拟南芥花序结构发育的转录调控机制中取得研究进展。观察发现，与野生型的拟南芥植物相比，染色质重塑因子BRAMHA（BRM）与BP的缺失突变体的表型相似，均呈现出相对下垂的角果、短小的果柄和紧密的花序等表型，而BRM 和BP 的双突变体呈现更为显著的发育缺陷，揭示BRM 和BP 可能位于同一信号途径中调控花序结构的发育过程（图A）。

   遗传学分析显示，在BRM 的突变体中同时敲除KNAT2和KNAT6两个基因后，植物可恢复到正常的花序形态，表明BRM 在遗传关系上位于KNAT2和KNAT6基因的上游（图B）。同时，体内和体外的分子生物学研究显示，BRM与BP在植物体内通过蛋白相互作用形成复合体（图C），共同结合于下游基因KNAT2和KNAT6位点上（图D），并通过降低组蛋白甲基化（H3K4me3）的水平，改变染色质的状态，从而抑制其表达（图E）。

　　该研究深入解析了植物花序结构发育的遗传与转录调控机制。研究成果将为合理改变农作物的株型、提高农作物的产量提供重要的理论指导。相关研究成果已于近期刊登在国际遗传学期刊PLOS Genetics上。华南植物园杨松光为协助该研究工作的开展作出了重要贡献。

华南植物园揭示植物花序结构发育的分子机理

原文摘要：

Arabidopsis BREVIPEDICELLUS Interacts with the SWI2/SNF2 Chromatin Remodeling ATPase BRAHMA to Regulate KNAT2 and KNAT6 Expression in Control of Inflorescence Architecture

BREVIPEDICELLUS (BP or KNAT1), a class-I KNOTTED1-like homeobox (KNOX) transcription factor in Arabidopsis thaliana, contributes to shaping the normal inflorescence architecture through negatively regulating other two class-I KNOX genes, KNAT2 and KNAT6. However, the molecular mechanism of BP-mediated transcription regulation remains unclear. In this study, we showed that BP directly interacts with the SWI2/SNF2 chromatin remodeling ATPase BRAHMA (BRM) both in vitro and in vivo. Loss-of-function BRM mutants displayed inflorescence architecture defects, with clustered inflorescences, horizontally orientated pedicels, and short pedicels and internodes, a phenotype similar to the bp mutants. Furthermore, the transcript levels of KNAT2 and KNAT6 were elevated in brm-3, bp-9 and brm-3 bp-9 double mutants. Increased histone H3 lysine 4 tri-methylation (H3K4me3) levels were detected in brm-3, bp-9 and brm-3 bp-9 double mutants. Moreover, BRM and BP co-target to KNAT2 and KNAT6 genes, and BP is required for the binding of BRM to KNAT2 and KNAT6. Taken together, our results indicate that BP interacts with the chromatin remodeling factor BRM to regulate the expression of KNAT2 and KNAT6 in control of inflorescence architecture.