SAV6在维持拟南芥基因组完整性及根系发育中的功能研究

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flap核酸内切酶FEN1(flap endonuclease1)是RAD2家族的一种能够识别特异底物结构的核酶。FEN1具有三种酶活性:flap核酸内切酶(Flap Endonuclease,FEN)活性、5核酸外切酶(5-Exonuclease,EXO)活性和缺口依赖的核酸内切酶(Gap Endonuclease,GEN)活性,在DNA复制、修复以及维持端粒稳定性等方面发挥着重要作用。人们对FEN1在哺乳动物、酵母中的功能已经有了深入了解,但是拟南芥中尚无相关研究。  我们在筛选遮荫反应相关基因的突变体时筛到了一个sav6(shade avoidance6)突变体,表现为下胚轴和根短小。通过图位克隆的方法我们将突变位点定位于At5G26680第九个外显子的最后一个碱基。该突变影响At5G26680的剪切效率,使得突变体中第九个内含子不能被完全切除,其翻译产物包含第九个外显子及其后内含子上的30个氨基酸。该突变可能导致具野生型SAV6蛋白功能的产物含量降低。  对SAV6表达模式进行分析,我们发现该基因定位于根尖分生组织(root apicalmeristem,RAM),茎尖分生组织(shoot apical meristem, SAM),侧根原基,气孔母细胞等分裂旺盛的部位,在气孔中随着气孔的成熟逐渐降低,另外在表皮毛细胞中也有很高表达。  蛋白序列分析结果表明SAV6和其他物种中的FEN1高度同源,进一步的体内、体外酶活检测表明SAV6具有双侧flap核酸内切酶活性和GEN活性,但是缺少EXO活性。在植物体内进行亚细胞定位也发现SAV6存在于细胞核,与hFEN1相同。  say6具多种突变表型。首先,在黑暗及遮荫条件下,sav6下胚轴短小,该缺陷主要由细胞数目减少导致。其次,sav6根部发育缺陷包括根尖分生组织明显变小,成熟区细胞伸长受抑制,以及根尖静止中心(quiencent center,QC)细胞发育异常。另外,say6突变体对UV-C,喜碱树(camptothecin,CPT),博来霉素(Zeocin)等导致DNA损伤的胁迫表现出超敏的表型。 QRT-PCR结果表明sav6根尖细胞中和DNA损伤修复相关的基因,如RAD51(RADAIATION SENSITIVITY51), BRCA1(BREAST CANCER1 EARLY ONSET), PARP2(POLY-ADP RIBOSEPOL YMERASE2)表达量升高。由此可见,sav6突变体在没有外源试剂诱导DNA损伤的情况下,已然出现了DNA损伤,说明SAV6对维持DNA完整性有着重要的作用。  DNA损伤的出现通常会在激活DNA修复系统的同时抑制细胞周期。我们发现编码细胞周期调控蛋白的基因SMR7在sav6突变体中的表达显著增加。SMR7过表达植株表现出RAM发育受抑制的表型,但是不影响静止中心细胞的发育。另外降低sav6突变体中SMR7的表达量会增加对Zeocin的敏感性,说明say6突变体中出现的DNA损伤有可能通过特异性地诱导SMR7的表达来抑制根尖分生组织细胞的分裂,降低突变细胞的增殖。  严重的DNA损伤会诱导细胞程序性死亡,以防止突变细胞的进一步繁殖,以此来维持基因组的稳定性。已有的研究表明在拟南芥根尖分生组织细胞中ERF115作为转录因子激活PSK5的转录,表达PSKα前体分子。PSKα与其受体PSKR1结合后会促进QC细胞分裂。我们发现say6突变体中ERF115,PSK5,PSKR1的表达都增加,说明say6突变体中DNA损伤可能使得QC分裂加快。这一结果与我们观察到的say6突变体中QC发育受阻似乎是矛盾的。我们进一步推测,长时间激活DNA损伤应答系统,可能导致ERF115-PSK5途径持续激活,QC细胞保持在分裂状态,进而丧失了其作为极少分裂的干细胞组织中心的活性。我们用Zeocin,CPT等处理幼苗7天证明长时间DNA损伤会导致QC分裂进而丧失QC标记基因的表达。由此可见,SAV6通过维持基因组的稳定性保证根尖的正常发育。
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