圖：VAL1與VAL2蛋白結(jié)合在FLC位點的冷記憶順式DNA元件CME（cis-acting cold memory element）并與LHP1蛋白互作、識別抑制性組蛋白修飾-H3K27me3，進(jìn)而招募PRC2復(fù)合體以催化H3K27me3及抑制FLC基因表達(dá)。

11月8日，《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物逆境生物學(xué)研究中心何躍輝研究組與杜嘉木研究組合作完成的題為A cis cold memory element ａnd a trans epigenome reader mediate Polycomb silencing of FLC by vernalization in Arabidopsis 的研究論文。該研究利用模式開花植物擬南芥發(fā)現(xiàn)了一個冷記憶順式DNA元件與一個表觀遺傳標(biāo)記識別蛋白通過整合發(fā)育與溫度信號，調(diào)控開花時間的表觀遺傳分子機(jī)制，為理解植物如何適時開花提供了重要的理論依據(jù)和新的應(yīng)用靶點。

開花是高等植物生長繁殖過程中重要的生理現(xiàn)象，是植物由營養(yǎng)生長進(jìn)入生殖生長的標(biāo)志。長期以來，植物通過進(jìn)化形成了復(fù)雜精確的機(jī)制，以響應(yīng)內(nèi)源信號與環(huán)境變化來調(diào)控開花時間。對擬南芥大量的生理及遺傳學(xué)分析表明，開花誘導(dǎo)至少由四個主要途徑所調(diào)節(jié)，即春化途徑、光周期途徑、自主途徑和赤霉素途徑，其中植物春化作用一直是植物發(fā)育生物學(xué)研究的熱點和難點。

春化作用是指某些植物必須經(jīng)歷一段時間的持續(xù)低溫才能由營養(yǎng)生長階段轉(zhuǎn)入生殖階段生長的現(xiàn)象。解析植物如何感知低溫時期，并在氣溫上升后能“記住”其低溫經(jīng)歷以適時開花的分子機(jī)制，具有重要的理論和實際應(yīng)用價值。它可確保植物在破壞性的冬季避免開花，而在溫暖的春季或夏季開花。該機(jī)制的解析與作物栽培、引種馴化、雜交育種等密切相關(guān)。

先前的研究表明，模式開花植物擬南芥的開花受到一個叫做FLOWERING LOCUS C （FLC） 基因的抑制。在低溫條件下，包裹在該基因DNA周圍的組蛋白被逐步修飾，進(jìn)而導(dǎo)致該基因的表達(dá)關(guān)閉，最終讓植物在氣溫上升后、能夠從發(fā)育的“生長”階段切換到“開花”階段。雖然早期的研究已經(jīng)確定了參與FLC基因關(guān)閉的調(diào)節(jié)蛋白，但對參與該過程的調(diào)節(jié)因子及作用機(jī)制卻知之甚少。何躍輝研究組在早期的研究中揭示了超級蛋白復(fù)合體CBC-COMPASS 和 CBC-EFS協(xié)同互作，通過調(diào)控組蛋白H3K4me3和H3K36me3的修飾提高FLC 基因表達(dá)水平（Liet al., Nature Plants，2016）。在該研究中，何躍輝研究組發(fā)現(xiàn)一個順式DNA元件與一個識別該元件并同時識別組蛋白標(biāo)記的反式蛋白、協(xié)同調(diào)控低溫介導(dǎo)的抑制性組蛋白修飾-H3K27me3，從而沉默FLC基因表達(dá)。這一順式元件與其反式蛋白的互作亦使植物在氣溫上升后能“記記”（保持）低溫誘導(dǎo)的FLC沉默，使植物只在溫暖的季節(jié)開花。

該研究揭示了冷記憶順式DNA元件與其識別蛋白在開花調(diào)控中發(fā)揮重要功能，是植物開花調(diào)控分子機(jī)制的重要進(jìn)展。該研究不僅在表觀遺傳修飾調(diào)控植物開花的分子機(jī)制上邁出了關(guān)鍵的一步，同時也為其在花期調(diào)控的生產(chǎn)應(yīng)用提供了新的作用靶點。

該工作得到了中科院經(jīng)費(fèi)的支持。