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我室水稻茎顶端发育表观调控机制研究取得新进展

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2018-01-23
2018年1月18日,Nucleic Acids Research在线发表了我室水稻团队周道绣教授课题组题为“WOX11 recruits a histone H3K27me3 demethylaseto promote gene expression during shoot development in rice ”的研究论文。该研究揭示了植物茎顶端发育基因表达重编程的表观调控机制。程赛凤博士为该论文的第一作者,周道绣教授和赵毓教授为该论文的共同通讯作者。

植物茎顶端由一群具有旺盛分裂能力的细胞构成,这些细胞在植物生长过程中通过有序的分裂和分化产生叶片和腋芽等组织器官,是作物形态建成、生长和产量的基础。在茎顶端发育过程中,植物特有的同源异型盒WOX转录因子发挥着重要作用。但是它们调控下游基因表达的分子机制不是很清楚。组蛋白甲基化H3K27me3是维持植物发育基因表达沉默的关键表观修饰,由特异的甲基化酶和去甲基化酶控制。但是这些酶在基因组上定点建立和清除H3K27me3的机制不清楚。弄清这一机制对于解析发育相关基因表达重编程过程和控制植物生长发育具有重要的意义。

本课题组过去的研究证实了WOX家族成员WOX11是水稻冠根发育的重要调控因子(Zhao et al., 2009; 2015, Plant Cell;Zhou et al., 2017, Plant Cell),也确立了组蛋白去甲基化修饰H3K27me3在水稻顶端发育过程中的重要作用 (Liu et al., 2015, Plant Cell) 和组蛋白去甲基化酶JMJ705特异的去H3K27me3修饰的功能(Li et al., 2013, Plant Cell)。本项研究发现WOX11也在水稻茎顶端的形态建成和发育中扮演着重要角色,WOX11通过与H3K27me3去甲基化酶JMJ705相互作用,对水稻茎顶端发育基因进行表观重编程,上调一些参与分生组织活性维持、叶绿体发育和能量代谢相关基因的表达,促进茎顶端的正常发育。WOX11功能丧失引起部分茎顶端发育基因上H3K27me3修饰水平的升高和表达的下降,而超量表达JMJ705则可降低这些基因上的H3K27me3修饰和表达的上升。进一步研究表明:WOX11通过蛋白质间互作招募去甲基化酶JMJ705,清除WOX11下游基因上的H3K27me3,激活茎顶端发育基因表达。该结果和我们之前发表的WOX11调控水稻冠根细胞分裂分化机制(Zhou et al., 2017, Plant Cell)表明了在水稻顶端不同部位的WOX11可以通过招募不同的表观修饰因子如组蛋白乙酰化酶GCN5或组蛋白去甲基化酶JMJ705到基因组特定的位点,改变靶基因的染色质状态,从而调控水稻根和茎顶端发育基因表达的重编程过程。

本研究得到了科技部“十三五”国家重点研发计划、国家自然科学基金和华中农业大学人才启动经费和华中农业大学自主科技创新基金研究生科技创新专项的资助。

审核人:赵毓

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https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gky017/4816221?guestAccessKey=74bf1007-ccae-4a99-baeb-90e9e6f212aa

http://www.plantcell.org/content/early/2017/05/09/tpc.16.00908.long

http://www.plantcell.org/content/21/3/736.long

http://www.plantcell.org/content/27/9/2469.long

http://www.plantcell.org/content/27/5/1428

http://www.plantcell.org/content/25/11/4725

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