種康院士團隊揭示植物O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調(diào)控發(fā)育的新機制

2018年8月，《The EMBO Journal》在線發(fā)表了中國科學院植物研究所種康院士團隊題為“ArabidopsisO-GlcNAc transferase SEC activates histone methyltransferase ATX1 to regulate fl owering”的研究論文，揭示了植物體內(nèi)一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調(diào)控開花的機制，并且建立了組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發(fā)育過程的新功能。

細胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯后O-連N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）修飾，由O-GlcNAC糖基轉(zhuǎn)移酶催化完成，這種糖基化修飾參與調(diào)控細胞內(nèi)多種重要的生物學過程，并在人類疾病與治療中得到應(yīng)用。在植物中這種動態(tài)的蛋白糖基化與磷酸化修飾調(diào)節(jié)植物春化介導的開花過程，而O-GlcNAc信號與組蛋白表觀遺傳調(diào)控的關(guān)系尚不清楚。

中國科學院植物研究所種康院士團隊致力于植物體內(nèi)O-GlcNAc信號調(diào)控春化響應(yīng)及開花時間的分子機制研究。近期，該團隊發(fā)現(xiàn)擬南芥O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶SEC基因功能缺失突變體具有早花的表型，且突變體中開花時間的負調(diào)節(jié)因子FLC的轉(zhuǎn)錄受到抑制，同時FLC染色質(zhì)區(qū)組蛋白H3K4me3修飾水平顯著降低，表明植物體內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶SEC參與表觀遺傳介導的開花時間調(diào)節(jié)過程。FLC位點組蛋白的H3K3me3修飾由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ATX1催化完成，該研究發(fā)現(xiàn)SEC可以直接催化ATX1使其獲得O-GlcNAc修飾。在體外及體內(nèi)條件下，SEC均表現(xiàn)出通過O-GlcNAc修飾而激活A(yù)TX1的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性，而且遺傳分析表明ATX1的功能依賴于SEC。蛋白質(zhì)譜分析及蛋白點突變功能驗證結(jié)果表明，位于ATX1的SET結(jié)構(gòu)域中的Ser947是SEC對ATX1進行O-GlcNAc修飾并且激活其組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性的關(guān)鍵位點。

該研究揭示了植物體內(nèi)一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調(diào)控開花的機制，并且建立了組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發(fā)育過程的新功能，為表觀遺傳調(diào)控植物發(fā)育開辟了新途徑，并為進一步研究O-GlcNAc信號調(diào)控植物發(fā)育及外界環(huán)境響應(yīng)的分子機制奠定了基礎(chǔ)。