對于小麥、大麥等眾多溫帶植物而言，寒冬不僅是一種環(huán)境挑戰(zhàn)，更是其從營養(yǎng)生長過渡到生殖生長、啟動(dòng)開花結(jié)籽過程所必需的關(guān)鍵信號。這一現(xiàn)象被稱為“春化作用”，即植物必須經(jīng)歷一段持續(xù)低溫誘導(dǎo)才能實(shí)現(xiàn)開花轉(zhuǎn)變。深入解析春化作用的分子機(jī)制，對于保障全球糧食安全及應(yīng)對氣候變化下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)挑戰(zhàn)具有重大意義。在分子層面上，春化過程的核心在于對關(guān)鍵開花抑制因子FLC的表達(dá)抑制。已知PRC2蛋白復(fù)合體通過催化FLC染色質(zhì)位點(diǎn)的組蛋白H3K27me3修飾，進(jìn)而抑制其轉(zhuǎn)錄；同時(shí)，長鏈非編碼RNA COOLAIR與COLDAIR也被證實(shí)參與該調(diào)控過程。然而，非編碼RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控與PRC2主導(dǎo)的表觀遺傳沉默這兩條通路之間是否存在功能關(guān)聯(lián)，一直是該領(lǐng)域未解的核心問題。

近日，生命科學(xué)學(xué)院張數(shù)鑫團(tuán)隊(duì)在《The Plant Journal》上發(fā)表的研究論文“Cell Division Cycle 5 is important for exerting the repressive function of non-coding RNAs and PRC2 on FLCduring vernalization”為這一問題提供了關(guān)鍵答案。

該研究揭示，細(xì)胞分裂周期蛋白5（CDC5）在春化過程中發(fā)揮核心整合作用：一方面，CDC5為COOLAIR與COLDAIR的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)所必需，通過調(diào)節(jié)RNA聚合酶Ⅱ在FLC基因座上的富集，為基因沉默奠定基礎(chǔ)；另一方面，CDC5與PRC2復(fù)合體成員直接互作，是PRC2有效實(shí)施H3K27me3修飾并沉默F(xiàn)LC的關(guān)鍵輔助因子。因此，CDC5將原先相對獨(dú)立的“非編碼RNA轉(zhuǎn)錄”與“PRC2表觀沉默”兩條路徑緊密銜接，形成一個(gè)協(xié)同作用的閉環(huán)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而確保FLC在春化過程中被精準(zhǔn)、穩(wěn)定地關(guān)閉。

這項(xiàng)研究不僅深化了對春化調(diào)控分子網(wǎng)絡(luò)的理解，也為小麥遺傳育種提供了新思路。通過調(diào)控CDC5及其下游網(wǎng)絡(luò)，有望打破強(qiáng)冬性品種的育種限制，培育出對低溫信號響應(yīng)更靈敏、開花時(shí)間更具彈性的小麥新品種，從而增強(qiáng)作物在多變氣候下的適應(yīng)能力與產(chǎn)量穩(wěn)定性。

圖1.CDC5調(diào)控春化開花的工作模型

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后辛昕為第一作者，張數(shù)鑫教授為論文的通訊作者。生科院李祥教授、楊巍副教授和張杰道副教授參與了該研究工作。該研究得到了山東省鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、小麥育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“811”項(xiàng)目和東營市鹽堿地綜合利用專項(xiàng)的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70600

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