Plant Cell | 之江实验室/农科院作科所/中科院等合作进一步完善了植物开花调控网络，并为作物花期调控提供了潜在的靶基因
核孔复合物（Nuclear pore complex, NPC）是在30多个核孔蛋白成员组装成多个亚复合物（其中包括Nup107-160亚复合物）的基础上构成的。传统的观点认为核孔蛋白主要作为结构蛋白镶嵌在核膜上，参与核质间大分子物质的运输过程。近年来，越来越多的证据表明核孔蛋白在基因表达调控、基因组稳定性和核蛋白稳定性方面发挥着重要作用。
近日，之江实验室、中国农业科学院作物科学研究所与中国科学院东北地理与农业生态研究所等研究单位合作在核孔蛋白调控植物开花时间的研究中取得重要进展。该研究解析了核孔蛋白Nup107-160 亚复合物（也称为“Y-complex”）作为开花抑制因子FLC染色质修饰的平台参与植物开花时间调控的详细机制。研究结果进一步完善了植物开花调控网络，并为作物花期调控提供了潜在的靶基因。相关研究成果以“The nuclear pore Y-complex functions as a platform for tranional regulation of FLOWERING LOCUS C in Arabidopsis”为题发表在The Plant Cell 上。The Plant Cell杂志同期在In Brief 栏目发表了题为“Location, Location, Location: Nuclear pore complexes tether flowering loci to nuclear envelope to boost gene expression”的评论文章，对该工作进行了推介。
该团队在研究拟南芥核孔蛋白的功能过程中，发现核孔蛋白Nup107-160亚复合物成员的T-DNA插入突变体表现出不同程度的早花表型。此外，Nup107-160亚复合物中一个成员蛋白的缺失会导致该亚复合物其它成员蛋白水平的大幅减少并影响细胞核的形态。转录组数据分析及RT-qPCR验证结果表明，Nup107-160亚复合物成员调控开花抑制因子FLOWERING TIME LOCUS C（FLC）基因的表达；进一步研究证实Nup107-160亚复合物在染色质组蛋白修饰水平调控FLC的表达。通过蛋白互作分析发现，Nup107-160亚复合物成员与E3泛素化连接酶HOS1、组蛋白去乙酰化酶HDA6和组蛋白H2A在核膜上相互作用，说明核孔蛋白与FLC的染色质修饰密切相关。此外，Nup107-160亚复合物成员招募RNA pol II到FLC染色质上，促进FLC基因转录。FISH实验进一步表明，核孔蛋白Nup96基因突变会减少FLC基因位点在核膜附近的定位。
研究最终得出结论，核孔蛋白Nup107-160亚复合物成员之间相互稳定以维持完整的结构，并将FLC染色质固定在核膜孔附近，通过调控染色质组蛋白修饰的方式改变FLC基因的转录水平。该研究揭示了核孔蛋白调控植物开花时间的新机制，为作物遗传育种中开花期性状的改良提供了新的理论依据。
自2015年起，黄鹏辉博士师从傅永福研究员围绕“核孔蛋白调控植物开花时间”中的核心科学问题，深入并系统地开展研究工作，以第一作者或参与者研究发现：（1）拟南芥核孔蛋白Nup96与E3泛素化连接酶HOS1相互作用且相互稳定，共同调控CO蛋白的稳定性，在光周期途径调控拟南芥的开花时间（Plant Cell, 2020）。（2）核孔蛋白Nup98调控开花时间不依赖于CO途径（Plant Cell Rep, 2019）。（3）核孔蛋白Nup98基因还调控淀粉降解，抑制植物衰老过程，并影响花和荚的发育进程（BMC Plant Biol, 2020）。因此，核孔复合物的不同亚复合物可能通过不同的机制调控植物开花时间。（4）此外，为助力提升作物产量及品质改良，我们将核孔蛋白的功能研究延伸至大豆根瘤发育和开花时间的调控上，初步发现大豆核孔蛋白Nup107-160亚复合物参与结瘤过程（Int J Mol Sci, 2022），为下一步深入解析大豆核孔蛋白Nup107-160亚复合物调控结瘤、产量和品质的分子机制奠定基础。
之江实验室和中国科学院东北地理与农业生态研究所冯献忠研究员、中国农业科学院作物科学研究所傅永福研究员为本文共同通讯作者，之江实验室博士后黄鹏辉（博士毕业于中国农业科学院作物科学研究所）、作科所张晓玫副研究员和中国科学院东北地理与农业生态研究所程志远副研究员为本文共同第一作者，北京大学现代农业研究院王旭研究员、河南大学苗雨晨教授和湖南科技学院黄国文博士参与了相关工作。本研究得到之江实验室、国家自然科学基金和中国农科院科技创新工程等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koad271
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