中科院Nature子刊解析春化作用分子机制

　　

生物通报道  来自中科院植物学研究所、中国科学院大学等机构的研究人员证实，在冬小麦中O-GlcNAc介导VER2与TaGRP2相互作用，引起了TaVRN1 mRNA累积。这一研究发现发表在8月5日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

中科院植物学研究所的种康（Kang Chong）研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究工作包括小麦开花和春化作用分子机理，水稻感受低温信号的分子应答机制，水稻激素信号互作调控器官发生的分子网络。迄今在Nature Communications、PNAS等国际主流学术期刊发表研究论文60余篇。

许多生长在温带气候中的植物，包括温带谷类作物小麦和大麦，以及双子叶植物如拟南芥都需要在冬季暴露于持续的寒冷之下，于第二年春季开花，这一过程就称之为春化（vernalization）。通过降低对冷敏感的花器受到冬霜损伤，以及夏天热和水分胁迫造成生育力下降的可能性，春化帮助确保了植物成功生殖。研究表明，作为一种季节性的环境刺激，在小麦和花椰菜中春化塑造了碳水化合物和氮的代谢模式，由此改变细胞营养状态。

O-GlcNAc 糖基化(O-GlcNAcylation)是一种对细胞营养状态敏感的翻译后修饰。两个保守的酶OGT和OGA介导了可逆性地添加或去除底物蛋白丝氨酸和/或苏氨酸残基上的羟基。目前已知有1000多种蛋白质发生O-GlcNAc 糖基化，胞质和核蛋白O-GlcNAc糖基化修饰可影响它们的定位、磷酸化、与其他蛋白质的互作以及/或稳定性。在动物中，O-GlcNAc控制了不同组织类型细胞生理学的各个方面，O-GlcNAc信号与II型糖尿病和神经退行性变等许多的人类疾病相关。然而，当前阐析O-GlcNAc信号响应环境刺激的机制以及对于植物发育的影响仍是植物生物学中的一个重要的挑战。

在以往的研究中，中科院的研究人员借助于mRNA差异显示技术从六倍体冬小麦中克隆出了一种春化诱导基因VER2。证实VER2转录水平显著地影响了开花和小穗发育。VER2编码了一种胞核与胞质碳水化合物结合蛋白，对N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)及半乳糖具有高亲和力。响应春化，VER2主要累积于茎尖和嫩叶细胞核中，在细胞质中则发生微弱的累积。在已春化的小麦植物中，VER2尤其能够识别O-GlcNAc修饰的蛋白质，且在春化过程中整体O-GlcNAc糖基化水平增高，而在去春化的过程中则下降。

在这篇新文章中，研究人员报告称发现RNA结合蛋白TaGRP2响应春化发生了O-GlcNAc修饰。VER2通过与TaGRP2物理互作促进了TaVRN1上调，这种物理互作受到TaGRP2 O-GlcNAc修饰的调控。他们发现TaGRP2与TaVRN1的前体mRNA结合，可抑制TaVRN1 mRNA累积。而在春化过程中，VER2和O-GlcNAc-TaGRP2之间的这种互作逐渐增高，降低了TaGRP2在细胞核中累积，并促进了TaGRP2与TaVRN1分离，导致了TaVRN1 mRNA累积。

由此，新研究揭示出了冬小麦春化过程中，定位在细胞核中的VER2与O-GlcNAc修饰的TaGRP2相互作用解除对TaVRN1 mRNA累积的抑制，从而促进开花的一个新机制。

（生物通：何嫱）

作者简介：

种康

植物分子发育生理研究组，研究组组长、NSFC国家杰出青年获得者、NSFC“细胞分化与器官发生”创新群体首席科学家、“****”入选者、“百千万人才工程”国家级人选。中国科学院植物研究所党委书记、副所长，中国科学院大学教授。社会兼职有中国细胞学会染色体基因组蛋白组分会会长、国际植物生物技术联合会中国分会负责人、中国植物学会副理事长和植物生理与分子生物学会理事。担任《植物学报》主编、Plant Cell Reports、JIPB、J Plant Biol等国际期刊编委。主持承担多项国家重大项目，如973和863项目等。迄今在Nature Communications、PNAS、EMBO J、The Plant Cell等国际主流学术期刊发表研究论文60余篇。

主要研究工作：1. 小麦开花与春化作用分子机理。2. 水稻感受低温信号的分子应答机制。3. 水稻激素信号互作调控器官发生的分子网络

生物通推荐原文摘要：

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Vernalization, sensing of prolonged cold, is important for seasonal flowering in eudicots and monocots. While vernalization silences a repressor (FLC, MADS-box transcription factor) in eudicots, it induces an activator (TaVRN1, an AP1 clade MADS-box transcription factor) in monocots. The mechanism for TaVRN1 induction during vernalization is not well understood. Here we reveal a novel mechanism for controlling TaVRN1 mRNA accumulation in response to prolonged cold sensing in wheat. The carbohydrate-binding protein VER2……