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曹晓风院士做客植科院“三农”讲坛

核心提示: 4月22日上午,中国科学院遗传发育所曹晓风院士做客植科院“三农讲坛”,带来了题为“高等植物组蛋白甲基化动态调控的分子机理研究”的学术报告。李霞教授主持报告会。

南湖网讯(通讯员 纪洪涛)4月22日上午,中国科学院遗传发育所曹晓风院士做客植科院“三农”讲坛,带来了题为“高等植物组蛋白甲基化动态调控的分子机理研究”的学术报告。李霞教授主持报告会。

曹晓风的主要研究领域是高等植物的表观遗传学调控机制。在报告中,她首先从总体上介绍了植物表观遗传学调控的研究情况,并重点讲述了高等植物组蛋白甲基化修饰调控的分子机理。从模式植物拟南芥组蛋白去甲基化酶的研究到水稻转座子的甲基化调控基因表达的研究,她同大家分享了她近些年的研究进展和研究心得。

曹晓风利用拟南芥为材料,对植物组蛋白去甲基化酶基因家族进行了系统鉴定和功能分析;利用植物细胞内组蛋白去甲基化酶活性检测体系,发现了拟南芥REF6可以特异性地去除H3K27双甲基化和三甲基化修饰。通过一系列生物化学和大规模测序等实验,证明REF6是在植物中首次发现的H3K27me3去甲基化酶。进一步实验发现植物中的REF6与动物中的同源蛋白KDM4功能存在分化,REF6可能在进化中获得了新的功能,参与到H3K27me3介导基因沉默的调控途径中。

REF6可以特异性地去除H3K27me3/me2甲基化修饰,调控拟南芥基因组中超过600个基因的H3K27me3水平,然而REF6如何特异性招募到这些靶基因上的分子机制尚不清楚,经分析发现REF6蛋白C端的串联锌指结构域是其结合靶蛋白所必须的。缺失串联锌指结构域的REF6蛋白虽然仍具有H3K27me3去甲基化的酶活性,但是不能找到其靶基因位点。进一步研究发现REF6可以通过自身的串联锌指结构域识别特异DNA基序(CTCTGYTY)实现其对靶基因的选择性,进而实现位点特异性的H3K27me3去甲基化。同时研究发现在ref6突变体中有一定比例的子叶融合表型。前人研究发现拟南芥CUC1,CUC2和CUC3三个同源的转录因子参与了子叶边界分离过程。染色质免疫共沉淀实验表明,REF6可以结合CUC1和CUC3基因位点并去除H3K27me3甲基化,但不影响CUC2。REF6与CUC基因的双突变以及三突变的遗传分析进一步证实REF6通过CUC1和CUC3基因而不是CUC2基因调节器官边界形成。REF6同源蛋白广泛存在于植物不同类群(从苔藓植物到被子植物),对这些蛋白锌指结构域的序列识别特异性进行进一步研究将有助于理解植物中组蛋白去甲基化酶有何特异调控靶基因。

转座子是一段自身能够插入到基因组上的DNA片段,从简单的细菌到复杂的人类,转座子广泛存在。转座子随机插入到重要基因中,会引发疾病、癌症和其他生理缺陷。DNA甲基化、组蛋白修饰和小分子RNA等表观遗传修饰严格控制转座子沉默。水稻基因组超过35%的序列由转座子和重复序列构成。曹老师首先简单介绍了DNA甲基化、组蛋白甲基化和组蛋白去甲基化调控水稻Tos17和Karma转座子活性,然后重点举例介绍小分子RNA对水稻转座子及其旁邻基因的表观遗传调控。

曹晓风讲述了水稻依赖OsDCL3a酶介导的小RN的研究进展,揭示了依赖OsDCL3a的24-nt 小分子RNA主要通过调控转座子旁临基因的表达进而对水稻重要农艺性状精细调控。研究发现水稻OsDCL3a RNAi株系表现出株高降低、叶夹角变大以及穗长变短的多效发育表型。依赖OsDCL3a的24-nt小分子RNA主要来源于水稻基因组上的重复序列,特别是MITE类转座子位点。这些24-nt 小分子RNA通过介导H3K9me2等异染色质修饰调控旁邻基因的表达,其中包括多个调节赤霉素和油菜素内酯平衡的关键基因。这些基因在水稻株高和叶夹角等重要农艺形状的形态建成中发挥重要作用。揭示了24-nt小分子RNA调控水稻基因组中的MITE类转座子及其附近基因表达的表观遗传调控基础。

审核人:魏友伯

责任编辑:马雨薇
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