2024年11月20日，中国科学院华南植物园侯兴亮实验室和新加坡南洋理工大学缪岩松实验室联合在EMBO Journal上发表了题为Molecular condensation of the CO/NF-YB/NF-YC/FTcomplex gates floral transition in Arabidopsis的研究内容。该研究揭示了CO/NF-YC9/NF-YB2的功能性凝聚体通过相分离实现了对FT转录的动态调控。
研究背景
植物通过温度和光周期这两种主要环境信号调控成花转变。在光周期调控路径中CO（CONSTANS）发挥核心作用，与NF-YB和NF-YC蛋白结合形成三聚体复合体后，可特异性识别FT启动子上的顺式元件，进而激活FLOWERING LOCUS T (FT)基因以启动开花。但目前尚不清楚CO复合体如何通过分子间相互作用实现精确组装和功能化。
研究结果
CO凝聚体需要NF-YC维持功能状态以促进花期转换
在野生型拟南芥中过表达CO表现出强烈的早花表型；而在nf-yc3,nf-yc4,nf-yc9三重突变体（ycT）中过表达CO则不能回补ycT的晚花，在这个基础上再对其进行NF-YC9的过表达，可以显著回补ycT的晚花表型（图1A、B）。这说明了CO的促进开花功能需要NF-YC。
由于CO蛋白在黑暗中降解，作者对暗处理后的拟南芥幼苗进行CO荧光信号分析，结果显示1 h后CO蛋白的荧光信号就逐渐从散射状态转变为颗粒，2 h后35S:mCherry-CO ycT中的颗粒更大（图1D），这说明NF-YC可能会在一定程度上影响CO的装配条件。
对CO和NF/YC9共定位分析，CO形成了明显的相分离，NF-YC9则均匀分布，但在35S:mCherry-CO 35S:NF-YC9-GFP ycT中共定位，并非形成了更小的颗粒（图1D）。作者又分别进行了分子模拟和荧光漂白实验证明了FT启动子与一系列CO-NF-YC复合物的关联和CO颗粒的相分离属性，荧光定量结果也表示NF-YC9存在时CO显着增加了FT转录。这说明NF-YC9对于维持适当的CO组装体大小可能是必不可少的。
图1 CO 冷凝物的功能性流体状态取决于植物中的 NF-YC
NF-YB/NF-YC促进CO凝聚体的功能性状态以激活FT
在野生型拟南芥中过表达CO表现为早花表型，而在ycT中，CO主要形成非功能性的不可逆聚集体。加入NF-YC9和NF-YB2后，CO凝聚体转变为功能性、动态流体状态（图2A-E）。
荧光漂白恢复实验（FRAP）显示，NF-YC9和NF-YB2协同作用提升了CO凝聚体的动态性，而缺乏其中任意组分则会导致慢扩散状态（图2C-E）。同时，缺失B-box的CO（CO-ΔB-box）无法形成功能性凝聚体（图2A）。
NF-YC9和NF-YB2的协同作用显著增强了FT启动子的转录活性，而缺乏任意组分则无法激活FT（图2F）。这些结果表明NF-YC9和NF-YB2是维持CO凝聚体功能状态并促进FT激活的关键。
图2 NF-YC9和NF-YB2为FT表达保留了CO冷凝物的液态特性
CO、NF-YC9和NF-YB2在体外发生高分子凝聚
通过体外重组实验发现CO和NF-YC9单独组装形成非流动性的大型凝聚体；NF-YB2 单独表现出典型的液-液相分离能力，形成具有流体性的球形液滴（图3A）；同时当CO、NF-YC9和NF-YB2协同作用时，形成动态流体性的三组分凝聚体（图3B）。
在引入FT启动子序列后，凝聚体的动态性进一步增强，表明FT启动子对CO凝聚体功能化的重要作用（图3E-G）。荧光漂白恢复实验（FRAP）进一步证实，NF-YB2能显著提升CO凝聚体的分子动态性，而引入FT启动子能增强三组分凝聚体的流体特性。这表明 NF-YB2的液-液相分离能力和FT启动子的参与对于维持CO凝聚体的功能状态至关重要。
图3 CO/NF-YB2/NF-YC9/FT 相分离的分子间和分子内多价相互作用
NF-YC9的IDR对CO凝聚体功能的关键作用
在35S:mCherry-CO 35S:NF-YC9-GFP ycT中进行NF-YC9-ΔIDR的过表达，未能回补ycT的晚花表型（图EV4H-K）。这说明了NF-YC9的IDR对CO的功能性凝聚体形成至关重要。
通过分子分析发现，NF-YC9的IDR对CO凝聚体的动态性起关键调控作用。缺失IDR的NF-YC9突变体虽可与CO结合，但无法促进CO凝聚体从慢扩散状态转变为流体性颗粒（图EV4E-G）。荧光漂白恢复实验（FRAP）显示，NF-YC9的IDR缺失导致CO凝聚体动态性显著降低，FT启动子激活也被严重削弱。
荧光定量结果表明，NF-YC9-ΔIDR突变体无法显著增加CO对FT转录的激活作用。这进一步说明NF-YC9的IDR在维持CO凝聚体的功能性和动态性方面不可或缺。
图EV4. NF-YC9中的IDR是CO相分离及其在开花控制中的功能所必需的
NF-YC9的polyQ区域长度调控CO凝聚体功能的关键作用
在35S:mCherry-CO 35S:NF-YC9-GFP ycT中进行NF-YC9-0Q（polyQ缺失突变体）或NF-YC9-37Q（polyQ延长突变体）的过表达，未能回补ycT的晚花表型（图4G）。这说明NF-YC9的polyQ区域长度对CO的功能性凝聚体形成至关重要。
荧光漂白恢复实验（FRAP）显示，polyQ的缺失或延长均导致CO凝聚体的流体性下降，形成更多慢扩散性颗粒（图4D）。在瞬时表达实验中，polyQ缺失或延长均降低了CO对FT启动子的激活效率（图4E）。此外，转基因植株中FT转录水平的定量分析也表明，polyQ的长度对CO凝聚体的功能性调控有显著影响（图4F）。
以上结果表明，NF-YC9的polyQ长度适中对于CO凝聚体的动态组装及其对FT转录的激活能力至关重要，polyQ的过短或过长均会削弱其功能性。
评述
本研究揭示了CO与NF-YC9、NF-YB2及FT之间的相分离特性，发现CO在NF-YC9和NF-YB2的协同作用下，能够形成动态的凝聚体，从而显著激活FT基因的表达，促进植物的花期转换。NF-YC9的IDR区及其polyQ重复区域对CO凝聚体的动态性和功能性至关重要，而FT启动子通过增强该凝聚体的流动性进一步促进其功能化。
这一机制表明，CO的相分离功能具有高度的调控性，NF-YC9和NF-YB2通过优化CO凝聚体的流体特性，从而实现对光周期信号的精确响应。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s44318-024-00293-0
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评述：王冬月
编辑：何宇飞
Niu Lab
林木科学评论
