复旦大学马红《Genes&Dev》最新成果

近日，知名期刊《PNAS》刊登了复旦大学马红课题组的一项重要研究，这项研究首次在蛋白水平上，探讨了转录因子TOE的分子功能和转录调控网络。研究人员提出了TOE蛋白功能的一种分子模型，发现TOE蛋白是发育和环境信号通路的一个主要整合因子，特别是光周期开花途径，从而触发在合适的年龄和时间开花。

　　

生物通报道：近日，知名期刊《PNAS》刊登了复旦大学马红课题组一项题为“Arabidopsis TOE proteins convey a photoperiodic signal to antagonize CONSTANS and regulate flowering time”的研究，这项研究首次在蛋白水平上，探讨了转录因子TOE的分子功能和转录调控网络。研究人员提出了TOE蛋白功能的一种分子模型，发现TOE蛋白是发育和环境信号通路的一个主要整合因子，特别是光周期开花途径，从而触发在合适的年龄和时间开花。

该论文通讯作者马红为复旦大学生命科学学院院长，其1978-1979年就读中国科学技术大学生物系1980年被中科大保送到美国费城Temple大学留学，1983年获学士学位，1988年获美国麻省理工学院生物学博士学位。1988至1990年在美国加州理工学院从事博士后研究，1990至1998年在美国冷泉港实验室以独立PI从事植物分子遗传学与发育生物学研究工作，1998至2008年任美国宾州州立大学副教授／教授，进行植物生殖发育、比较基因组学、和分子进化生物学等研究工作，2008年6月正式成为复旦大学生命科学学院院史上第二位全球招聘院长。2008年12月担任首任复旦大学植物科学研究所所长，2012年担任遗传工程国家重点实验室主任。马红是活跃于美国科学界的卓有成就的年轻华人科学家之一，科研成果丰硕。他发现了植物第一个编码G蛋白亚基，同时也是花同源异型框基因的共同发现者。曾在Cell、PNAS、Nature、Nature Genetics、Plant Cell、Development等国际知名期刊发表论文多篇，总共被引用次数5000多次。延伸阅读：复旦大学马红《PNAS》发表新文章。

植物开花是由复杂的调控网络所调节，监控着不断变化的环境，并确保在最佳时间进行生殖发育。这一开花调控网络的一个关键组成部分是光周期途径，其控制着开花，通过一个信号级联反应（包括FKF1/GI复合物和转录因子CO）响应日长的季节性变化。CO的一个最重要的靶基因是FT（FLOWER LOCUS T）基因，它只在白昼长度达到一个阈值时才表达，是拟南芥开花长日照依赖性加速所必需的。

拟南芥开花也受microRNA172 (miR172)的正向调控，miR172可调节APETALA2 (AP2)家族（TOE基因，包括TOE1、TOE2、TOE3、SMZ和SNZ）的表达。虽然有研究报道SMZ可抑制FT基因的表达，但是这种抑制的机制是未知的。

在拟南芥中，CONSTANS (CO)和FKF1通过诱导FT在长日照下午表达而促进开花。因为未知的负面机制，CO蛋白存在于上午，但不能激活FT表达，在白昼长度达到一个阈值之前这会阻止早花。

在这项研究中，研究人员发现，TOE1及其相关蛋白，可与CO、CO-like (COL)蛋白的活化结构域相互作用，并抑制CO活性。TOE1可结合CO结合部位附近的FT启动子，并且，减少TOE功能可导致FT mRNA的晨峰。此外，TOE1可与FKF1的LOV结构域相互作用，并可能干预FKF1–CO相互作用，从而导致CO蛋白在下午的部分降解，以阻止早花。

总而言之，这项研究首次在蛋白水平上，探讨了TOEs的分子功能和转录调控网络。研究人员提出了TOE蛋白功能的一种分子模型。在清晨，CO蛋白存在并受TOE蛋白的抑制，从而导致FT转录的缺乏。在下午，有至少三种蛋白-蛋白相互作用事件：TOEs–CO、FKF1–CO和FKF1–TOEs。FKF1可稳定CO蛋白，从而使其激活FT转录。TOE蛋白仍然可以妨碍FKF1–CO的相互作用，也可抑制CO蛋白的活性。因此，当TOE基因发生突变时，FT的表达有一个晨峰，水平高于下午的正常值。然而，TOE蛋白在短短几天、环境压力下以及早期发育过程中也起作用。因此，TOE蛋白的作用是，发育和环境信号通路的一个主要整合因子，特别是光周期开花途径，从而触发在合适的年龄和时间开花。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Arabidopsis TOE proteins convey a photoperiodic signal to antagonize CONSTANS and regulate flowering time
Abstract: Plants flower in an appropriate season to allow sufficient vegetative development and position flower development in favorable environments. In Arabidopsis, CONSTANS (CO) and FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-BOX1 (FKF1) promote flowering by inducing FLOWER LOCUS T (FT) expression in the long-day afternoon. The CO protein is present in the morning but could not activate FT expression due to unknown negative mechanisms, which prevent premature flowering before the day length reaches a threshold. Here, we report that TARGET OF EAT1 (TOE1) and related proteins interact with the activation domain of CO and CO-like (COL) proteins and inhibit CO activity. TOE1 binds to the FT promoter near the CO-binding site, and reducing TOE function results in a morning peak of the FT mRNA. In addition, TOE1 interacts with the LOV domain of FKF1 and likely interferes with the FKF1–CO interaction, resulting in partial degradation of the CO protein in the afternoon to prevent premature flowering.