中国农科院傅永福研究组揭示SUMO蛋白酶调控拟南芥生殖的新机制

近日,中国农业科学院作物科学研究所国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程农业部北京大豆生物学重点实验室傅永福研究组发现两种蛋白酶SPF1和SPF2可调控拟南芥配子发生和胚胎发育过程。研究结果于2017年10月24日在线发表于《Plant Physiology》上。

中国农科院傅永福研究组揭示SUMO蛋白酶调控拟南芥生殖的新机制

蛋白质翻译后SUMO化修饰参与调节植物的细胞和发育过程,包括调控开花时长及对生物和非生物胁迫的响应。本研究发现两种蛋白酶SUMO PROTEASE Related To FERTILITY(SPF)1和SPF2,其可调节雌、雄配子发生和胚胎发育过程,体外和体内实验证实SPF1和SPF2可去除蛋白质上的SUMO。spf1突变体的花结构和胚胎发育出现异常,而spf2突变体表型则与野生型相似。然而,spf1 spf2双突变体在小配子发生、大配子发生和胚胎发育过程中出现严重异常,表明这两个基因在功能上是冗余的。SPF1和SPF2突变可导致生殖及胚胎特异性基因的错误表达。在体外,SPF1和SPF2可加工SUMO1前体成熟,与体内结果一致,而spf1和spf2突变体则积累SUMO共轭物。酵母双杂交实验鉴定了EDA9蛋白可与SPF1相互作用。EDA9在体内被SUMO化,并且在spf1突变体中,EDA9-SUMO共轭物增加,表明EDA9为SPF1的底物。本研究结果表明,SPF1和SPF2是两种重要的调控拟南芥发育的SUMO蛋白酶。

本文通讯作者为中国农业科学院作物科学研究所傅永福研究员和陈福禄博士。

中国农科院傅永福研究组揭示SUMO蛋白酶调控拟南芥生殖的新机制

Figure 1. Mutation of SPF1 and SPF2 genes results in sterility.

中国农科院傅永福研究组揭示SUMO蛋白酶调控拟南芥生殖的新机制

Figure 2. EDA9 interact with both SPF1 and SUMO1.

中国农科院傅永福研究组揭示SUMO蛋白酶调控拟南芥生殖的新机制

Figure 3. SPF1 desumoylates sumoylated-EDA9 proteins in vivo.

傅永福

博士,研究员。1984年6月毕业于福建师范大学生物系并获学士学位,同年7月至1989年9月在福建省三明市教师进修学院任教。1989年7月至2000年10月在北京(中国)农业大学生物学院求学和任教,先后获硕士学位、博士学位和副教授职称。2000年10月赴英国John Innes Centre做博士后访问研究,并于2001年12月随导师George Coupland转至德国马普植物育种研究所继续博士后研究工作。2004年12 月回国受聘于中国农业科学院作物科学研究所杰出人才二级岗。先后主持或参加科研项目有自然科学基金、863、973、支撑计划、转基因专项、中国农业科学人才基金、国家留学基金等项目,这些项目主要侧重基因的功能及应用基础研究。曾在PNAS、Plant Cell、PMB、Planta、J Plant Physiology、PLoS ONE、BMC Plant Biology、BMC Molecular Biology等杂志发表文章50余篇,获得专利8项。

研究方向:

大豆功能基因组研究,侧重于大豆基因功能研究方法以及光周期广适应性和磷胁迫广适应性及其进化机制,推动农业的可持续性发展。主要研究内容包括:(1)方法学研究。建立系统有效的、适合于大豆功能基因研究的方法,包括稳定遗传转化、瞬时表达、突变体产生及分子生物学和生物化学等研究手段;(2)生物学问题研究。①研究生物钟、开花基因和育性基因等方面剖析花形成的分子机理及其与营养生长的关系,提高大豆的光周期广适应性强度和产量;②研究磷载体和肌醇六磷酸酶的功能,提高大豆的磷胁迫广适应能力,实现高效磷吸收、转运和循环再利用的目标;③同时研究光周期广适应性和磷胁迫广适应性的互作关系。(3)基因调控机制研究。通过正向遗传学和反向遗传学的途径,将集中在基因转录后和蛋白质翻译后的分子调控上,尤其是蛋白质的SUMO化修饰和核膜孔复合物介导的核质运输机制;同时,利用比较基因组学和功能基因组学的方法,研究大豆基因在系统发育和个体发育中的关系;最终,将研究成果应用于大豆生产实际,转化为生产力。

主要贡献:

1) 建立大豆稳定遗传转化体系,获得大量稳定遗传转化系。

2) 建立高效、多功能、可塑性强的基因克隆及载体构建体系。

3) 发现大豆的基因组中可能存在多个CO-FT调控子协同调节大豆开花时长。

4) 证实隐花色素蛋白水平的调控与大豆对纬度分布的适应性相关。

5) 系统分析大豆磷转运蛋白PHT1的进化和功能分化特性。

6) 分离鉴定出一个大豆单株高产基因和一个大豆大籽粒基因。

7) 发现核膜孔蛋白参与开花时长、生物钟、衰老等重要发育过程的调节。

8) 发现SUMO参与开花时长和植物育性的调节。

(以上内容摘自中国农科院作科所官网)

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