Glucose-driven TOR–FIE–PRC2 signalling controls plant development

生物 PRC2 细胞生物学 表观基因组 组蛋白H3 TOR信号 组蛋白 遗传学 拟南芥 转录因子 激酶 DNA甲基化 突变体 基因 基因表达
作者
Ruiqiang Ye,Meiyue Wang,Hao Du,Shweta Chhajed,Jin Koh,Kun-Hsiang Liu,Jinwoo Shin,Yue Wu,Lin Shi,Lin Xu,Sixue Chen,Yijing Zhang,Jen Sheen
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:609 (7929): 986-993 被引量:148
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05171-5
摘要

Nutrients and energy have emerged as central modulators of developmental programmes in plants and animals1–3. The evolutionarily conserved target of rapamycin (TOR) kinase is a master integrator of nutrient and energy signalling that controls growth. Despite its key regulatory roles in translation, proliferation, metabolism and autophagy2–5, little is known about how TOR shapes developmental transitions and differentiation. Here we show that glucose-activated TOR kinase controls genome-wide histone H3 trimethylation at K27 (H3K27me3) in Arabidopsis thaliana, which regulates cell fate and development6–10. We identify FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE), an indispensable component of Polycomb repressive complex 2 (PRC2), which catalyses H3K27me3 (refs. 6–8,10–12), as a TOR target. Direct phosphorylation by TOR promotes the dynamic translocation of FIE from the cytoplasm to the nucleus. Mutation of the phosphorylation site on FIE abrogates the global H3K27me3 landscape, reprogrammes the transcriptome and disrupts organogenesis in plants. Moreover, glucose–TOR–FIE–PRC2 signalling modulates vernalization-induced floral transition. We propose that this signalling axis serves as a nutritional checkpoint leading to epigenetic silencing of key transcription factor genes that specify stem cell destiny in shoot and root meristems and control leaf, flower and silique patterning, branching and vegetative-to-reproduction transition. Our findings reveal a fundamental mechanism of nutrient signalling in direct epigenome reprogramming, with broad relevance for the developmental control of multicellular organisms. Glucose signalling via TOR controls growth and differentiation through regulation of genome-wide histone methylation via FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE).
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