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组蛋白乙酰化和脱乙酰化修饰是重要的染色质调控方式之一,这一可逆过程主要由组蛋白乙酰化酶和组蛋白脱乙酰化酶来催化完成。目前的研究结果表明组蛋白乙酰化修饰参与调控植物生长发育,并起到重要的调控作用。组蛋白乙酰化酶和组蛋白脱乙酰化酶也参与调控植物逆境胁迫响应基因的表达,但具体的调节机制并不清楚。本文主要针对拟南芥组蛋白脱乙酰化酶HDA15在逆境胁迫响应过程中发挥的作用进行研究。
本文研究结果表明:拟南芥组蛋白脱乙酰化酶HDA15基因的表达不存在时空特异性,在幼苗和成苗的叶片、茎、根、花以及种子中均有表达,且该基因的表达受NaCl等非生物逆境胁迫的诱导表达。与野生型拟南芥相比,拟南芥突变体hda15对NaCl盐胁迫、甘露醇胁迫以及外源ABA胁迫不敏感,具有一定的抗性。在hda15突变体中超表达HDA15基因可以互补该突变体对非生物逆境胁迫不敏感的表型。
HDA15蛋白功能的缺失会使hda15突变体中组蛋白H4的乙酰化修饰水平明显上调,且实验证明HDA15蛋白的脱乙酰化修饰主要发生在H4K5特异性位点,少部分发生在H4K16位点。与野生型拟南芥相比,在正常培养条件下,hda15突变体中染色质虽然已处于高度乙酰化的松散水平,但RNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)并没有大量聚集在松散的染色质处,所以逆境胁迫响应下游基因RD29A、RD29B、MYB44、MYB108、WRKY28和WRKY33的表达并没有明显的变化;在NaCl胁迫条件下,hda15突变体中,RNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)大量聚集在松散的染色质处,从而导致逆境响应下游基因RD29A、RD29B、MYB44、MYB108、WRKY28和WRKY33的表达量明显被上调。逆境胁迫响应基因的大量表达使hda15突变体比野生型拟南芥更加适应逆境胁迫,进而使植物对非生物逆境胁迫表型出一定的抗性。我们的研究结果表明:组蛋白脱乙酰化酶HDA15是参与调控植物非生物逆境胁迫响应过程的负调控因子。
另外我们还关注了另外一个拟南芥组蛋白脱乙酰化酶HDA6的生物学功能的研究。研究结果表明:生物信息学分析氨基酸序列结果显示组蛋白脱乙酰化酶HDA6具有与染色质重塑因子SWI3B相互作用的保守结构域。酵母双杂交方法、双分子荧光互补实验以及体外pull-down实验证明组蛋白脱乙酰化酶HDA6能够与染色质调控因子SWI3B直接相互作用。通过初步的植物突变体表型观察发现,HDA6与SWI3B可能共同参与调控拟南芥的开花过程以及拟南芥对外源ABA胁迫的响应过程。