知名海归博士近期连发系列文章

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所的消息，北京生命科学研究所资深研究员邓兴旺博士领导的实验室今年在许多著名杂志上发表了研究成果，包括《Nature》，《The Plant Cell》，《Molecular Cell》等，研究成果引起了同领域研究人员的关注。

第一篇《Nature》的文章揭示了一直以来并不了解的赤霉素与光元素相互作用的信级联号，这对于进一步了解生长激素与光元素的信号传导作用，以及植物发育过程都意义重大。

在这篇研究论文中，研究人员发现了一个核蛋白相互作用信号级联系统，能有助于光和赤霉素对植物生长进行协调地控制。这个信号系统的一个关键蛋白就是DELLA蛋白，DELLA蛋白属于GRAS家族，能阻遏植物生长发育，赤霉素促进植物生长发育是通过形成一个SCFSLY1/GID2 E3 Ligase复合体并与DELLA蛋白发生亲和作用，进而通过26S Proteasome蛋白质降解途径特异性降解DELLA蛋白，从而实现抑制作用。


研究人员发现，在没有GA存在的情况下，定位在细胞核的DELLA蛋白能积累至较高水平，与光敏色素相互作用因子3（phytochrome-interacting factor 3，PIF3，一种bHLH-type转录因子，生物通注）相互作用，调控基因表达，从而导致PIF3介导的对胚轴伸长的光调控的失效。另一方面，在有赤霉素存在的情况下，GA受体：GID1蛋白会增加其与DELLA蛋白核内的相互作用，引发DELLA蛋白的泛素化，以及蛋白酶体（proteasome，生物通注）介导的降解，从而将PIF3从DELLA蛋白的负效应中释放出来。


这些研究成果说明DELLA蛋白，以及PIF家族成员之间的竞争性相互作用，也许就是光与赤霉素联系在一起的关键因素，这对于进一步了解生长激素与光元素的信号传导作用，以及植物发育过程都意义重大。

第二篇文章发表在《The Plant Cell》，邓兴旺教授的研究小组首先绘制出水稻芽和组培细胞中两条完整染色体和着丝粒的DNA甲基化图谱，H3K4的二甲基化和三甲基化图谱。


通过研究这些图谱，研究人员发现，着色很深的异染色质比着色较浅的常染色质，具有较少的H3K4me2和H3K4me3甲基化，而具有较多的DNA甲基化。绝大部分转座子都是高度甲基化的，但没有H3K4甲基化；与之形成鲜明对比的是，蛋白编码基因的既有DNA甲基化，也有H3K4二甲基或三甲基化。只有DNA甲基化而没有H3K4甲基化会导致转录的抑制，同时有DNA甲基化和H3K4甲基化，转录活性只降低一点点。编码蛋白基因的转录活性与 H3K4me3/H3K4me2的比率大小正相关，主要为H3K4me3时则转录活性高；主要为H3K4me2时转录活性低。


进一步研究发现，与组培细胞相比，水稻芽中的转座子含有更多的甲基化，更多的蛋白编码基因同时含有DNA甲基化、H3K4me3和H3K4me2。这种外遗传的差异与芽和组培细胞的组织特异性表达有关。

近期其实验小组又在同一杂志上发表了新成果：报道了在模式生物拟南芥体内光形态建成的重要负调控因子COP1 (constitutively photomorphogenic 1) 和 SPA家族四个蛋白(suppressor of PHYA)能够形成多种不同组合的蛋白复合体. 这些复合体通过介导关键转录因子的降解, 在拟南芥体内不同组织器官与不同的光照条件下实现对光形态建成的精细调控。


在拟南芥光信号传导通路中，COP1与SPA家族四个功能部分冗余的因子能够协同抑制光的形态建成.由于COP1与SPA蛋白对于E3连接酶的活性而言非常关键，在生化水平研究SPA蛋白的特性及它们在COP1复合体组装中的作用具有十分重要的意义. 本论文通过构建每个SPA基因的过量表达纯合体植株, 制备四个SPA家族成员特异性多克隆抗体, 在蛋白水平对SPA家族的拟南芥组织器官特异性表达谱及光暗调控进行系统地研究。实验结果表明，四个内源的SPA蛋白在拟南芥不同组织器官及不同色光条件下呈现各自特异的表达谱。四个SPA蛋白都可以在拟南芥体内与COP1形成稳定的复合体。它们与COP1形成的复合体是一组异源多聚体，每个多聚体至少包括两个SPA蛋白，并且不同的多聚体其SPA蛋白组成也不同。每个SPA-COP1多聚体的相对量是由组成该多聚体的SPA蛋白在某种特定条件下的表达水平决定的。在某种条件下起主要作用的SPA蛋白缺失将显著的解离大部分有功能的SPA-COP1复合体，使该突变体表现出部分组成型光形态建成的表型。本论文的研究结果在SPA-COP1 E3连接酶复合体的生化特性及复合体组成行为方面提供了新视点，为进一步深入理解复合体调控作用的分子机制提供了平台。

另外今年8月，邓兴旺实验室发现光信号受体SPA蛋白参与了COP1介导的phyA的降解过程，并且COP1/SPA1蛋白复合物与phyA泛素活性有紧密联系，而且，研究结果还表明phosphorylated phyA形成积累，与COP1/SPA1复合物优先结合，而underphosphorylated phyA则优先与phyA信号中间物FHY3和FHY1结合。这些研究成果说明光诱导的phyA的磷酸化是调控光受体与信号增强或减弱机器相互作用的一个开关。

邓兴旺博士目前是北京生命科学研究所资深研究员，耶鲁大学植物生物学冠名教授，北大-耶鲁植物分子遗传学及农业生物技术联合中心主任的邓兴旺博士，其早年毕业于北京大学生物系，后获得加利福尼亚大学伯克利分校植物生理及分子生物学博士学位。研究的主要方向是在植物中从基因组水平探讨DNA甲基化/组蛋白修饰和染色质结构以及基因表达之间存在的关系等。

（生物通：张迪）

附：

邓兴旺 博士
北京生命科学研究所资深研究员
耶鲁大学植物生物学冠名教授
北大-耶鲁植物分子遗传学及农业生物技术联合中心主任
E-mail：[e-mail]


教育经历

1982
北京大学生物系植物生理生化专业学士

1989
加利福尼亚大学伯克利分校植物生理及分子生物学博士


工作经历

2003
北京生命科学研究所所长

2003-present
耶鲁大学植物生物学冠名教授

2001-present
耶鲁大学分子与细胞发育生物学系教授

2000-present
北大-耶鲁植物分子遗传学及农业生物技术联合中心主任

1998-2001
耶鲁大学分子与细胞发育生物学系终身职副教授


1995-1998
耶鲁大学分子与细胞发育生物学系副教授


1992-1995
耶鲁大学分子与细胞发育生物学助理教授


1989-1991
博士后研究—拟南芥光形态建成的分子生物学和遗传学分析，及燕麦PhyA基因核蛋白—启动子相互作用的体外Dnase I指纹分析


1986‑1989
博士学位研究—高等植物质体基因的表达


1985-1986
研究生新生研究—高等植物类囊体膜蛋白磷酸化及其与两个光合系统中光能吸收的关系


1982‑1985
硕士学位研究—高等植物两个光合系统中光能分布的调节


1981‑1982
学士学位研究—一个细胞核编码的小麦雄性不育突变体的生化特征