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Nat.Plants | 植物FT基因的新型增强子被鉴定，通过表达反向重复序列！

来源：花匠小妙招时间：2025-11-10 01:03

2019年3月4日，Nature Plants在线发表了来自德国马普研究所Franziska Turck课题组题为“Targeted DNA methylation represses twoenhancers of FLOWERING LOCUS T in Arabidopsis thaliana“的研究论文。该研究验证了反向重复序列（IR）介导DNA甲基化的方法可以用于鉴定基因的顺式调控元件。并且通过该方法鉴定到拟南芥中FT基因的新型增强子E区，揭示了FT基因的C和E区为转录增强子，其与近端FT启动子组合，在叶韧皮部中响应光周期控制FT的表达。

1.植物开花调控等背景介绍：

植物中开花时间的选择收到严格的基因表达调控，同时会受到外界和内部的信号调节，如温度和光照时间等因素（见下图1）。

图1.植物开花途径（Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2017. 33:555–75）

在拟南芥中，温度和季节的变化通过开花抑制基因FLOWERING LOCUS C（FLC）的表观遗传状态来感知。FLC编码1个MADS-box结构的蛋白,直接抑制成花素基因FT及FD表达，从而防止植物在过冬前或越冬时开花。冬季低温通过“春化路径”抑制FLC基因表达。来年春季，随着温度升高以及日照变长，“光周期路径” 激活FT表达，FT和FD形成异源蛋白二聚体直接调控花发育基因，从而促进成花。因此，FT在响应拟南芥诱导的长日照光周期中调节开花转变中起主要作用。

叶中FT的表达依赖于远端转录增强子C区，其位于转录起始位点（TSS）上游的5千碱基（kb），含有几个共有转录因子结合位点（TFBS）。之前报道，两项研究应用染色体构象捕获（3C）测量FT位点的调节区域之间的相互作用，都发现TSS和C组之间的相互作用较弱，反而TSS与位于C区和TSS之间的区域的相互作用更强。因此，C区和其他未知都调节区对FT表达的贡献需要进一步分析。

2.植物DNA甲基化途径介绍：

DNA甲基化可以被分为从头DNA甲基化和维持DNA甲基化两步。在植物中从头DNA甲基化转移酶酶DRM2主要负责催化CpG、CpHpG和CpHpHp序列的从头DNA甲基化过程，该基因是哺乳动物中DNMT3的同源基因。从头DNA甲基化转移酶DRM2通过RNA 介导 DNA 甲基化(RdDM) 途径来完成从头DNA甲基化，正如下图所示，RdDM途径的的由是Pol IV转录后形成的双链 RNA（dsDNA）后加工成24nt 大小的siRNA起始(如下图)。

图2. RdDM途径的模型

因此，通过表达反向重复序列（IR），然后产生可直接加工成RdDM途径的双链RNA，起始RdDM途径后将DNA甲基化靶向特定区域，故该方法可提供通过转录水平的基因沉默（TGS）改变基因活性的工具。

图3. IR介导的DNA甲基化

在该研究中，研究者利用了上述所说的IR介导的DNA甲基化方法，靶向了FT基因的远端转录增强子C区，发现在长日照条件下，含有转基因的植物延迟开花和FT的表达降低。有趣的是，转基因free的后代分离植株（下图15-3；27-3）中也观察到开花延迟，但是未检测到FT表达的显着变化（见下图）。进一步发现虽然在含转基因的植物中C区的DNA甲基化水平和H3K9me2水平上升，形成异染色质，但是15-3#和27-3#仍然与WT相差不大，其可能还有其他的增加子在起作用。

该研究进一步发现，与C区同源的一段600bp序列位于FT基因下游1kb处，命名为E区，该区域在各植物中是保守存在的。通过IR介导的DNA甲基化方法介导E区的DNA甲基化水平和H3K9me2水平上升，发现同样导致转基因植物的晚花表型，同时发现E区和C区有功能冗余，说明了E区是位于FT下游的新型调节元件。进一步通过GUS表达实验，发现在长日照条件下，BlockErev：BlockA :: GUS植株显示长日诱导，表明E区对光周期依赖性活性的贡献（见下图）。综上，FT基因的C和E区为转录增强子，其与近端FT启动子组合，在叶韧皮部中响应光周期控制FT的表达。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-019-0375-2