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在拟南芥中,Polycombgroup(PcG)蛋白主要参与两类抑制复合体PRC1和PRC2发挥组蛋白修饰和抑制转录的作用。PRC1具有组蛋白H2A泛素连接酶活性,可介导组蛋白第121位赖氨酸发生单泛素化修饰,PRC2具有组蛋白H3第27位赖氨酸甲基转移酶活性,能介导产生H3K27发生三甲基化。目前,拟南芥的PcG蛋白各个组分均有过详细介绍,但是,尚未有研究将这两种组蛋白修饰对转录的调控的影响,以及这些影响主要涉及哪些生物过程做过系统比较与分析。
本文通过对几种拟南芥PcG功能缺失突变体包括bmi1abc,clf28swn7,emf1-2,ring1ab,lhp1的H3K27me3和H2AK121ub的ChIP-seq和转录组测序进行分析,比较并整理了几种PcG核心蛋白的缺失,造成了怎样的组蛋白修饰改变,以及对基因表达产生了怎样的影响,并且对二者之间可能存在的关系做出了部分解释。
通过ChIP-seq的结果对比,我们发现了PRC2的甲基转移酶组分CLF和SWN蛋白的缺失导致了拟南芥全基因组范围内的组蛋白修饰H3K27me3的丢失。结合其转录组测序结果的分析发现,这两个蛋白的缺失导致了大量基因的差异表达,其中涉及的细胞过程主要包括DNA复制、花器官发育、转录调控相关的其他类型组蛋白修饰过程被激活,而光合作用、光系统Ⅱ的形成、以及质体形成等过程相关的转录被抑制。ChIP-seq的结果还发现PRC1的泛素连接酶组分BMI1s的缺失导致了整个基因组范围内组蛋白修饰H2AK121ub的降低,而RING1s缺失仅导致部分位置H2AK121ub的降低,且在bmi1abc中发生表达量变化的基因数量远远高于ring1ab中的基因数量,推测在拟南芥发育早期,BMI1在更大范围内行使其H2AK121ub活性,而RING1则在较小范围内发挥功能。转录组的研究表明,这两类泛素化修饰蛋白的缺失,导致了激素应答如赤霉素、独脚金内酯等激素响应途径的转录被激活,同样的也导致了光合作用、光系统Ⅱ的形成、以及质体形成等过程相关的转录被抑制。这些结果也暗示着光合作用相关基因想的顺利表达,离不开CLF/SWN,BMI1s/RING1s的存在,这可能是由于PcG介导的转录抑制能够抑制光合作用上游负调控基因的表达。
综上所述,我们的研究发现了拟南芥发育早期,H3K27me3水平受到CLF和SWN的直接影响,H2AK121ub的水平由BMI1s和RING1s共同负责,且BMI1s影响的范围要高于RING1s,除此之外,这两种修饰的主要影响在于抑制了光合作用以及光系统Ⅱ形成相关生物过程。本研究初步探索了拟南芥中PcG蛋白通过组蛋白修饰通过控制基因表达的时间顺序和空间位置,进而在拟南芥的生长发育过程中起到重要的控制作用,为深入研究其机制提供了方向和基础。
本文通过对几种拟南芥PcG功能缺失突变体包括bmi1abc,clf28swn7,emf1-2,ring1ab,lhp1的H3K27me3和H2AK121ub的ChIP-seq和转录组测序进行分析,比较并整理了几种PcG核心蛋白的缺失,造成了怎样的组蛋白修饰改变,以及对基因表达产生了怎样的影响,并且对二者之间可能存在的关系做出了部分解释。
通过ChIP-seq的结果对比,我们发现了PRC2的甲基转移酶组分CLF和SWN蛋白的缺失导致了拟南芥全基因组范围内的组蛋白修饰H3K27me3的丢失。结合其转录组测序结果的分析发现,这两个蛋白的缺失导致了大量基因的差异表达,其中涉及的细胞过程主要包括DNA复制、花器官发育、转录调控相关的其他类型组蛋白修饰过程被激活,而光合作用、光系统Ⅱ的形成、以及质体形成等过程相关的转录被抑制。ChIP-seq的结果还发现PRC1的泛素连接酶组分BMI1s的缺失导致了整个基因组范围内组蛋白修饰H2AK121ub的降低,而RING1s缺失仅导致部分位置H2AK121ub的降低,且在bmi1abc中发生表达量变化的基因数量远远高于ring1ab中的基因数量,推测在拟南芥发育早期,BMI1在更大范围内行使其H2AK121ub活性,而RING1则在较小范围内发挥功能。转录组的研究表明,这两类泛素化修饰蛋白的缺失,导致了激素应答如赤霉素、独脚金内酯等激素响应途径的转录被激活,同样的也导致了光合作用、光系统Ⅱ的形成、以及质体形成等过程相关的转录被抑制。这些结果也暗示着光合作用相关基因想的顺利表达,离不开CLF/SWN,BMI1s/RING1s的存在,这可能是由于PcG介导的转录抑制能够抑制光合作用上游负调控基因的表达。
综上所述,我们的研究发现了拟南芥发育早期,H3K27me3水平受到CLF和SWN的直接影响,H2AK121ub的水平由BMI1s和RING1s共同负责,且BMI1s影响的范围要高于RING1s,除此之外,这两种修饰的主要影响在于抑制了光合作用以及光系统Ⅱ形成相关生物过程。本研究初步探索了拟南芥中PcG蛋白通过组蛋白修饰通过控制基因表达的时间顺序和空间位置,进而在拟南芥的生长发育过程中起到重要的控制作用,为深入研究其机制提供了方向和基础。