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我院在水稻基因表达重编程表观调控机制研究上取得新进展
时间:2015-11-05

我校作物遗传改良国家重点实验室水稻团队周道绣教授课题组的最新研究揭示了一个控制水稻基因表达重编程的重要机制。在正常生长条件下,植物体内受逆境胁迫诱导表达的基因一般都处于沉默或抑制状态,而这种状态的维持主要靠特定的染色质修饰如组蛋白甲基化等。当植物遇到逆境胁迫时,就需要清除这些抑制基因表达的染色质修饰,才能使逆境应答基因的表达达到最佳水平来增强植物的抗逆性。该研究发现了一个能在胁迫条件下清除逆境应答基因上组蛋白甲基化的基因,并正向调控这些逆境应答基因的表达,以增强植物抵御不良环境的能力。该研究成果发表在植物学领域国际权威期刊《Plant Cell》上。我校博士研究生李甜甜为该论文的第一作者。

真核生物的组蛋白与基因组DNA结合形成染色质,组蛋白的末端常会发生一些动态的化学修饰,这些修饰的变化会影响对应染色质区域内基因的表达。作为一种重要的组蛋白修饰,组蛋白甲基化在调控基因的激活和抑制过程中起着非常重要的作用,该过程是由组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶的反向作用动态调控的。研究组蛋白甲基化和去甲基化机制对于揭示植物生长发育和逆境适应的表观调控机理有着十分重要的生物学意义。在该领域的研究中,该课题组曾经在PNAS2008)和PloS GENETICS2013)等杂志上报道过有关水稻组蛋白去甲基化酶的研究成果。

本研究通过生化分析鉴定了一个特异性去除组蛋白H327位赖氨酸位点(表示为H3K27甲基化的组蛋白去甲基化酶JMJ705,并且发现该基因的表达受盐、激素以及病原菌诱导。过量表达该基因的水稻呈现出超敏反应的表型,基因表达芯片以及组蛋白免疫沉淀的高通量数据分析发现,JMJ705调控水稻中大量H3K27修饰基因和逆境响应基因的表达,同时发现超表达材料中这些逆境响应基因对激素的响应过程更加迅速,说明JMJ705介导的去H3K27甲基化对这些逆境应答基因的响应至关重要。与已报道的H3K27甲基化主要负责调控植物发育的相关基因不同。本研究揭示了H3K27甲基化在调控环境响应基因表达中的重要作用,并且鉴定了负责这一过程的去甲基化酶,这些结果丰富了表观调控机理和植物对环境适应机制的研究。

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