水稻染色质调控因子功能分析

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染色质调控因子主要分为两大类:一类是染色质修饰因子,主要包括DNA甲基化酶以及组蛋白修饰酶;第二类是除了这些酶以外与表观遗传调控相关的因子,包括能够识别特定修饰位点的蛋白以及染色质变构因子等等。目前在水稻中对于染色质调控因子特别是第二类的研究相对较少,因此研究水稻这些基因的功能对于阐明水稻表观遗传调控的分子机理具有重要意义。本研究主要以水稻的三类基因CHD (Chromodomain Helicase DNA-binding protein)类、LHP1(LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN 1)以及组蛋白去乙酰化酶HDAC11(histone deacetylase 11)为研究对象,通过克隆、转化以及酵母双杂交等方法研究了它们在表观遗传调控中的作用,主要得到以下结果:1.对水稻SNF2家族的基因进行了进化树分析,并确定了水稻CHD类基因。2.对CHD类的基因构建了RNA干涉(RNAi)载体并转化水稻受体得到了转基因植株,对部分植株进行了检测,找到了CHD基因的突变体并进行了基因型验证以及表达量的检测。3.CHD1在叶片中的表达量相对较高,特别是在嫩叶中,其表达量是其它部位的几十倍,即使在成熟的叶片中其表达量较其它部位也要高出许多。4.CHD1的RNAi转基因植株与突变体出现相同的表型,主要表现在:植株矮小、茎秆变细、叶片包括营养叶和剑叶变窄但长度变化不大、叶片上表面泛白、种子变窄、在大田中种植根明显减少变短。5.chd1突变体叶片的各种组织或者细胞包括大、小维管束、泡状细胞以及叶肉细胞等数目都变少,在茎杆中细胞的数目也明显减少,而顶端分生组织的细胞大小和数目均没有变化。突变体叶片上的表皮毛的数目明显增多,而且叶片叶绿素的含量明显降低。6在chd1突变体中WEE1表达量明显上升,但是只是在田间种植的叶片中有上升,在其它的部位包括芽、苗和茎均没有变化。WEE1的表达模式正好与CHD1互补,其在叶片中表达量相对较低,特别是在成熟叶片中基本没有表达,而在其它部位表达量较高。7在水稻中WEE1的表达明显受到DNA诱变剂MMS的诱导,但是这种诱导也仅仅局限于叶片中。而MMS的处理会使CHD1的表达量下降。8 chd1突变体对MMS较野生型更为敏感,而相同浓度的MMS处理在chdl中的WEE1的表达高与野生型没有明显的差别。9对chd1突变体进行了全基因组芯片分析发现在突变体中有大量的与胁迫相关的基因均不同程度地上升表达。10一些组蛋白修饰包括H3K4三甲基化和H3K27三甲基化在chd1突变体中没有明显的变化,而且CHD1突变以及MMS处理对WEE1的H3K27三甲基化没有影响。11 CHD1蛋白的PHD锌指结构域可以在体外与三甲基化H3K27结合,两个串联的chromodomain也可以与组蛋白结合,但是没有与特殊修饰位点结合的特异性。12对LHP1在水稻体内进行了RNAi干涉,但是在检测的阳性植株中没有发现明显的表型变化,水稻LHP1具有不同的剪切体,并且在籼粳两个不同的亚种中剪切体也有所不同;LHP1在水稻各个部位均有表达;酵母双杂交实验结果证明LHP1的chromoshadow可以产生同源二聚体。13用酵母双杂交的方法筛选水稻HDAC11的互作蛋白,找到了一个水稻特异的基因,这个基因没有保守的结构域,在其它物种也没有同源的蛋白;这个基因在籼粳亚种之间还表现多态性,其中有些引起了氨基酸的改变,有些则没有,而22位的胸腺嘧啶的缺失导致该基因在籼稻中翻译提前终止;这个蛋白的N端不参与它与HDAC11的互作;它与HDAC11的表达谱相似,在水稻各个部位均有表达。这一系列的结果表明水稻CHD1参与DNA损伤的信号传导。当DNA损伤时,CHD1会将信号传递给WEE1,暂时抑制它的表达,从而延缓细胞周期的进行,这也揭示了表观遗传调控在细胞周期调控中的重要作用。
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