植物发育中组蛋白修饰对基因表达的调控——组蛋白乙酰化在拟南芥根表皮模式形成中的调控机制分析

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包括组蛋白修饰在内的染色质调控是维持并传递器官特征信息的主要机制之一。因此,从器官特异性的组蛋白修饰模式中我们可能会找到在器官形成过程中决定和维持特征器官的一些线索。用组蛋白AUT/AUC双向电泳和LC-MS/MS技术,我们发现了器官特异性的组蛋白修饰模式。其中最重要的现象之一是不同器官中组蛋白H4乙酰化水平的差异。 随后用组蛋白去乙酰化酶的抑制剂TrichostatinA(TSA)来处理拟南芥种子,发现根表皮细胞模式发生了改变。主要表现在TSA处理诱导根在非根毛细胞位置产生出根毛细胞。这种TSA的处理效应具有瞬时性、可逆性、浓度依赖性以及位置非依赖性等特点。 根表皮是研究植物发育机制的一个理想模型。表皮细胞呈单层且有独特的细胞模式,即处于皮层之间的表皮细胞(H位置)会分化成为根毛细胞,而处于皮层细胞上方的表皮细胞(N位置)的会分化成为非根毛细胞。最近的研究表明这种细胞模式是由模式基因CPG,ETC,GL2,GL3/EGL3,TTG和WER等相互作用而决定的。其中CPG,GL2和WER基因的位置依赖性表达对它们之间正确的相互作用起至关重要的作用。但是,对于它们的表达模式如何被决定的机制却所知甚少。 进一步研究发现TSA处理导致组蛋白去乙酰化酶(HDAC)活性整体受到抑制,这会使得核心组蛋白H3和H4的乙酰化水平增高。组蛋白的高乙酰化水平直接改变了模式基因CPC,GL2和WER的表达水平和表达模式。我们通过筛选HDAC突变体进一步证实了组蛋白乙酰化在拟南芥根表皮细胞模式形成过程中起作用。我们还发现HDA18作为一个关键因子,参与到了模式形成的调节过程中。据此我们提出一个工作模型,该模型表明组蛋白乙酰化很可能作为一个“位置信息”的介导者来调控模式基因在根表皮细胞中的位置依赖性表达。 为了回答拟南芥根中有多少基因受到了组蛋白高乙酰化水平的影响、哪些基因是直接或间接的受到TSA影响、哪些基因在cpc突变体(无根毛表型)中发生改变,我们进行了基因芯片分析。我们得到了TSA处理野生型拟南芥根0小时、1小时、2小时、4小时、8小时、16小时和24小时以及cpc突变体的根0小时和24小时的芯片数据。我们集中分析了组蛋白基因、染色质相关基因、转录因子基因以及根表皮特异性表达的基因。最后我们找到可能和根表皮模式形成相关的一些候选基因。
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