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我校首次在水稻中鉴定由短链脂肪酸参与的组蛋白酰基化修饰

核心提示: 近日,国际期刊Genome Biology在线报道了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题的研究论文。该研究首次在植物中鉴定了组蛋白巴豆酰化(crotonylation)和丁酰化(butyrylation)两种修饰,并研究了它们与组蛋白乙酰化(acetylation)修饰在饥饿胁迫和淹水胁迫下的动态变化及在基因调控中相互关系。

南湖网讯(通讯员 马瑄)近日,国际期刊Genome Biology在线报道了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题为“Dynamics and functional interplay of histone lysine butyrylation, crotonylation, and acetylation in rice under starvation and submergence”的研究论文(1)。该研究首次在植物中鉴定了组蛋白巴豆酰化(crotonylation)和丁酰化(butyrylation)两种修饰,并研究了它们与组蛋白乙酰化(acetylation)修饰在饥饿胁迫和淹水胁迫下的动态变化及在基因调控中相互关系。

由乙酰辅酶A参与的组蛋白乙酰化是一种重要的染色质修饰,在基因表达的表观调控中起关键性作用。除乙酰辅酶A外,细胞中的其他短链脂肪酸也能参与组蛋白酰基化修饰。乙酰辅酶A和短链脂肪酸都是重要的能量代谢中间产物。由于光合自养性植物具有特殊的能量代谢途径,且其能量代谢受到环境因素的制约。然而,植物组蛋白酰基化与乙酰化的关系及其在基因表达中的功能还没有报道,也不清楚环境和能量代谢等因素是否影响植物组蛋白酰基化修饰水平,进而调控基因表达和对环境的适应性。

我校作物遗传改良国家重点实验室周道绣课题组与杭州景杰生物公司合作,通过定量蛋白质组学手段,系统地鉴定了水稻中赖氨酸巴豆酰化修饰(Kcr)和丁酰化修饰(Kbu)的位点,研究发现水稻组蛋白中共有45个巴豆酰化修饰位点和4个丁酰化修饰位点(H3K14, H4K12, H2BK42和H2BK134)。通过ChIP-seq分析发现,丁酰化和巴豆酰化修饰在基因组中分布广泛,且主要富集在基因的5’端区域。有25,000多个基因上存在丁酰化和巴豆酰化修饰,且被H3K9乙酰化修饰的基因中也有95%同时存在丁酰化和巴豆酰化修饰。在饥饿胁迫和淹水胁迫两种能量条件下,水稻中的丁酰化和巴豆酰化修饰的动态相比于H3K9乙酰化修饰更为稳定,且分别调节不同的基因。

此外该研究表明丁酰化和巴豆酰化修饰可能对逆境响应基因有标记作用。研究还发现水稻中的Sirtuin家族的组蛋白去乙酰化酶SRT2能够去除赖氨酸的巴豆酰化修饰。该课题组2015年在Trends in Plant Science上发表评论文章,提出了表观修饰,能量代谢和对环境适应性的相互关系(2),2017年在Nucleic Acids Research上发表了水稻组蛋白去乙酰化酶SRT1调控糖酵解途径多重机制的研究论文(3)。本研究进一步丰富了表观调控的内容,并提出了表观修饰与植物响应环境胁迫的新机制。

该研究得到国家自然科学基金重点项目和国家重大研发计划的支持。华中农业大学生命科学技术学院、作物遗传改良国家重点实验室博士鲁月博士和博士生徐秋涛为共同第一作者,赵毓教授也参与了本研究,周道绣教授为文章通讯作者。2017-2018两年来,该课题组在水稻表观基因组研究方面发表了多篇有影响的论文,包括一篇Nature Plants(4),一篇Nucleic Acids Research(5)和一篇Plant Cell(6)文章。

审核人:赵毓

责任编辑:王银
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