種康院士團隊揭示植物O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控發育的新機制

2018年8月，《The EMBO Journal》在線發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，揭示了植物體內一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控開花的機制，并且建立了組蛋白甲基轉移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發育過程的新功能。

細胞內蛋白質翻譯后O-連N-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）修飾，由O-GlcNAC糖基轉移酶催化完成，這種糖基化修飾參與調控細胞內多種重要的生物學過程，并在人類疾病與治療中得到應用。在植物中這種動態的蛋白糖基化與磷酸化修飾調節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控的關系尚不清楚。

中國科學院植物研究所種康院士團隊致力于植物體內O-GlcNAc信號調控春化響應及開花時間的分子機制研究。近期，該團隊發現擬南芥O-GlcNAc轉移酶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節因子FLC的轉錄受到抑制，同時FLC染色質區組蛋白H3K4me3修飾水平顯著降低，表明植物體內糖基轉移酶SEC參與表觀遺傳介導的開花時間調節過程。FLC位點組蛋白的H3K3me3修飾由組蛋白甲基轉移酶ATX1催化完成，該研究發現SEC可以直接催化ATX1使其獲得O-GlcNAc修飾。在體外及體內條件下，SEC均表現出通過O-GlcNAc修飾而激活ATX1的組蛋白甲基轉移酶活性，而且遺傳分析表明ATX1的功能依賴于SEC。蛋白質譜分析及蛋白點突變功能驗證結果表明，位于ATX1的SET結構域中的Ser947是SEC對ATX1進行O-GlcNAc修飾并且激活其組蛋白甲基轉移酶活性的關鍵位點。

該研究揭示了植物體內一種新的蛋白O-GlcNAc糖基化介導表觀遺傳修飾調控開花的機制，并且建立了組蛋白甲基轉移酶的O-GlcNAc修飾參與植物發育過程的新功能，為表觀遺傳調控植物發育開辟了新途徑，并為進一步研究O-GlcNAc信號調控植物發育及外界環境響應的分子機制奠定了基礎。