Elongator调控根尖干细胞微环境维持的分子机理研究

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拟南芥根尖干细胞微环境的维持主要由生长素/PLT(PLETHORA)和SHR(SHORT-ROOT)/SCR(SCARECROW)这两条相对独立的途径协同调控,其中关键调控元件PLT、SHR和SCR均为转录因子,表明转录调控在根尖干细胞微环境的维持中起重要作用。Elongator复合体在真核生物中是相对保守的,它由6个亚基组成,其中ELP3亚基被认为是该复合体的催化亚基,其N端具有S-腺苷甲硫氨酸结合结构域,C端具有组蛋白乙酰转移酶结构域。酵母中的研究证明Elongator可能通过调控组蛋白的乙酰化修饰参与转录的延伸过程,也有可能通过对tRNA的修饰参与蛋白翻译效率的调控,具体的生化机制尚存在争议。拟南芥中Elongator突变体根长变短,但具体的分子机制并不清楚。因此,我们的研究旨在解析Elongator影响根生长的机理及探究拟南芥中Elongator的功能。  我们的研究表明Elongator对于根尖干细胞微环境的维持发挥着重要作用,Elongator突变体中QC细胞特性发生改变,QC细胞异常分裂,根冠干细胞分化,根冠细胞排列紊乱,根尖干细胞微环境的维持发生缺陷。突变体中生长素极性运输载体PIN1/2/4/7在根尖的表达显著下调,根尖生长素浓度的最大化有一定程度的扩散。PLT1/2的表达量在突变体中没有发生明显的变化,只是表达模式有所改变,遗传学分析表明Elongator是通过不依赖于PLT的途径调控根的发育。进一步分析发现突变体中SHR及其下游基因的表达量显著下调,遗传学分析的结果也证明Elongator作用于SHR的上游调控根尖干细胞微环境的维持,而且Elongator亚基在根尖的表达模式与SHR非常相似,进一步支持它们在相同的途径发挥作用。Elongator亚基在拟南芥中既存在细胞质定位,又有细胞核定位,且细胞核定位对于Elongator的功能是至关重要的。进一步的研究表明,ELP4亚基与RNA聚合酶Ⅱ的CTD存在直接的相互作用,而且Elongator突变体中H3K14Ac水平与野生型中相比显著下调,这些结果均支持拟南芥中的Elongator具有转录调控的功能。与此相一致,Elongator突变体中RNA聚合酶Ⅱ在SHR基因区域的富集与野生型中相比显著降低,说明Elongator确实影响了SHR的转录过程。  综上所述,我们的研究表明拟南芥中的Elongator复合体主要通过影响SHR途径参与根尖干细胞微环境的维持,我们的研究结果也支持拟南芥中的Elongator复合体具备转录调控的功能。进一步阐明Elongator如何影响SHR的转录过程将是今后研究工作的重点。
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