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。