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多磷酸肌醇激酶是磷酸肌醇信号通路中的重要组分之一,它通过催化底物Ins（1,4,5）P3生成Ins（1,4,5,6）P4和Ins（1,3,4,5,6）P5。植物中的多磷酸肌醇激酶是酵母IPK2以及哺乳动物中IPMK的同源蛋白,酵母中IPK2能参与稳定精氨酸代谢途径中的转录复合物Mcm1-ArgR,在动物中IPMK除了能参与多种转录调控复合物的组成以外还具有介导组蛋白修饰的功能。拟南芥中的多磷酸肌醇激酶基因AtIPK2具有两个同源异构体,分别是AtIPK2α和AtIPK2β,它们之间在序列组成以及蛋白结构上具有高度相似性并且在细胞内均为核质共定位蛋白。我们实验室之前的研究中证明AtIPK2β能参与生长素信号途径调控拟南芥腋芽分枝相关基因的表达,而且AtIPK2α与AtIPK2β具有功能冗余性,能通过激酶活性依赖的方式参与花粉发育,花粉管导向以及胚胎发生。这些研究表明AtIPK2β在拟南芥生长发育中具有多种功能。植物需要正常的成花转变时间在适宜的环境下进入生殖生长并完成受精和结实。植物在漫长的进化的过程中形成了复杂的调控网络以应对不同的生长环境对自身成花转变的时间,即开花时间进行精细调节。关于开花时间的调控人们进行了大量研究并总结出其中主要的五条信号途径,分别是光周期途径,温度控制途径包括春化途径和环境温度途径,自主途径,年龄途径以及GA途径。这些信号途径由众多蛋白因子组成将成花转变的信号传递给下游的关键因子CONSTANS（CO）,FLOWERING LOCUS C（FLC）以及整合子 FLOWERING LOCUS T（FT）和 SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1（SOC1）。这些关键因子的调控包括了转录调控以及转录后调控,其中组蛋白修饰介导的基因表达调控发挥着重要的作用,近年来与之相关的蛋白,小RNA,非编码RNA以及其它小分子被不断揭示出来并进行了深入的研究,其调控网络的复杂性暗示着更多因子有待被发现。光不仅是植物能量的来源也是植物生长发育的重要环境信号,它不仅是成花转变时间调控途径中光周期的早期信号来源,而且对拟南芥幼苗萌发后脱黄化进入正常营养生长过程起着关键作用,幼苗脱黄化的过程又称为幼苗的光形态建成。植物拥有针对不同波长范围的光受体蛋白,包括光敏色素Phytochrome,隐花色素Cryptochrome,紫外光受体UVR8等,这些光受体介导的信号调控途径相互作用形成网络以应对不同的光环境。人们对于光形态建成多年的研究发现了众多的调控因子,而且其中许多调控因子在拟南芥的成花转变以及其它生长发育阶段也扮演着重要角色。近年来对于AtIPK2β的功能已有了一些报道,但是对于其参与转录调控机理以及拟南芥生长发育其它阶段的功能没有得到揭示。在本研究中我们发现了AtIPK2β具有双重功能不仅参与拟南芥成花转变时间的调控而且在幼苗的光形态建成中发挥着作用,本文通过表型观察,遗传转化及多种分子生物学手段对AtIPK2β在拟南芥成花转变时间中的调控作用和幼苗光形态建成中的功能以及可能的作用机理进行了分析。取得的主要研究结果如下:1.AtIPK2 参与拟南芥开花时间调控:拟南芥αtipk2β突变体表现早花表型,AtIPK2β的过表达转基因植株表现晚花表型,AtIPK2β与AtIPK2α具有功能冗余性,AtIPK2α的过表转基因植株也具有晚花表型。2.AtIPK2β参与光周期途径调控开花时间:AtIPK2β的过表达转基因植株中光周期途径关键基因CO的表达水平下降,光周期途径中节律环中心基因CCA1,LHY,TOC1以及节律环相关基因GI的表达水平在atipk2β突变体中发生变化,而其表达的节律性基本没有受到影响。3.AtIPK2β蛋白的N端具有转录自激活活性:AtIPK2β蛋白的N端截短体在酵母中具有转录自激活活性,而且其自激活相关的结构域中不包括激酶活性相关位点,由于蛋白序列结构的高度相似性,AtIPK2α蛋白的N端截短体在酵母中也具有相似的转录自激活功能。4.AtIPK2β通过直接结合基因座位调控FLC以及FT表达:AtIPK2β过表达转基因植株中FLC以及FT的表达均下降,AtIPK2β在FLC和FT基因上游发挥作用;AtIPK2β蛋白的N端自激活结构域在酵母单杂交系统中能与FLC以及FT基因的特异DNA片段相互作用;ChIP实验显示AtIPK2β在过表达转基因拟南芥中能结合在FLC以及FT基因的相应位点上。5.AtK2β对FLC以及FT基因的表达调控受到AtIPK2α促进:AtIPK2β与AtIPK2α的共同过表达转基因拟南芥HA-AtIPK2α/AtIPK2β-Myc开花时间晚于AtIPK2β过表达植株AtIPK2β-My,RT-qPCR 结果显示HA-AtIPK2α/AtIPK2β-Myc中FLC以及FT的转录水平进一步下降;AtIPK2α-N端自激活结构域在酵母中结合的DNA序列同时也能被AtIPK2β-N识别;HA-AtIPK2α/AtIPK2β-Myc转基因拟南芥中AtIPK2β与FLC座位的结合受到AtIPK2α促进。6.AtIPK2β与FVE相互作用并参与调控H3K27me3和H3Ac组蛋白修饰:AtIPK2β与FVE在酵母,拟南芥原生质体以及转基因拟南芥中相互作用;ChIP实验显示AtIPK2β与FVE在转基因拟南芥中共同结合于FLC以及FT座位相应区域;αtipk2β突变体中FLC和FT座位相应区域的H3K27me3以及H3Ac水平发生变化。7.AtIPK2 参与FLC和FT座位上组蛋白修饰的功能被AtIPK2α增强:AtIPK2β与AtIPK2α在酵母中能够相互作用;酵母三杂交系统中AtIPK2β与FVE的相互作用受到AtIPK2α增强;转基因拟南芥HA-AtIPK2α/AtIPK2β-Myc中FLC和FT座位相应区域的H3K27me3以及H3Ac水平较AtIPK2β-Myc中上升。8.AtIPK2β的表达受光调控:AtIPK2β基因的启动子上具有光应答元件;AtIPK2β的启动子和报告基因GUS融合表达转基因材料显示其表达受到不同波长的光诱导;RT-qPCR结果显示在不同的光受体突变体植株中AtIPK2β的表达发生变化。9.AtIPK2β 参与红光/远红光受体介导的信号途径:atiβk2β突变体在持续远红光中下胚轴伸长;在脉冲式远红光以及每日间断红光下子叶脱黄化程度增强;在早期红光应答中叶绿素水平下降。10.AtIPK2β参与蓝光受体介导的信号途径:atipk2β突变体在持续蓝光下花青素积累水平下降而在远红光中不变,Fluo 3-AM显色实验检测到持续蓝光下atipk2β突变体幼苗根尖的胞质钙离子浓度[Ca2+]cyt下降。综上所述,我们在本研究中对AtIPK2β参与拟南芥成花转变时间以及幼苗光形态建成脱黄化反应中的功能进行了分析,并揭示了AtIPK2β参与成花转变下游基因FLC和FT的表达调控的作用机理。这对于我们深入了解AtIPK2β在拟南芥生长发育中的功能以及其作用机制是十分重要的,为进一步揭示磷酸肌醇信号途径的功能奠定基础。