董愛武教授課題組揭示植物組蛋白H3第36位賴氨酸甲基化修飾建立的分子機(jī)制
組蛋白賴氨酸甲基化修飾作為最重要的表觀遺傳修飾之一，在不同物種中的功能是相對(duì)保守的。不同位點(diǎn)上的賴氨酸甲基化（組蛋白H3第4，9，27，36，79以及H4第20位賴氨酸殘基）或是同一位點(diǎn)不同程度的甲基化（me1, me2, me3）代表著不同的染色質(zhì)狀態(tài)，進(jìn)而影響基因的轉(zhuǎn)錄。盡管組蛋白賴氨酸甲基化修飾的功能在不同物種中相對(duì)保守，但某些修飾在動(dòng)、植物基因組上的分布模式卻存在差異，暗示了植物中存在特殊的組蛋白甲基化修飾的建立機(jī)制。
董愛武課題組7月5日在線發(fā)表于《Nature Communications》的研究論文，解析了單子葉模式植物水稻中組蛋白H3第36位賴氨酸三甲基化（H3K36me3）修飾建立的分子機(jī)制。研究首先分析了不同物種中H3K36me3的分布情況，包括單細(xì)胞酵母、無脊椎動(dòng)物線蟲和果蠅、脊椎動(dòng)物小鼠和人類、高等植物擬南芥和水稻，結(jié)果顯示不同于其他物種，高等植物中H3K36me3主要分布在基因體（gene body）的5’端。為了探索植物H3K36me3特異分布模式的建立機(jī)制，利用酵母雙雜交系統(tǒng)，以水稻中主效的H3K36me3甲基轉(zhuǎn)移酶SDG725作為誘餌蛋白，篩選出與之結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子OsSUF4，生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了SDG725與 OsSUF4的體外、體內(nèi)相互作用。遺傳分析發(fā)現(xiàn)OsSUF4缺失的水稻植株表現(xiàn)出與SDG725下調(diào)植株一致的晚花表型；與晚花表型相一致，開花關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子成花素基因RFT1與Hd3a在突變體中的表達(dá)降低。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）實(shí)驗(yàn)證明了OsSUF4與SDG725蛋白以相互促進(jìn)的方式結(jié)合在RFT1與Hd3基因的染色質(zhì)區(qū)域并通過建立H3K36me3促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。此外，利用EMSA技術(shù)，鑒定了轉(zhuǎn)錄因子OsSUF4特異結(jié)合的DNA元件（5’-CGGAAAT-3’）；分析水稻基因組序列發(fā)現(xiàn)水稻中有3000多個(gè)基因在啟動(dòng)子區(qū)域包含這一順式元件。ChIP-seq結(jié)合RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)，OsSUF4的下調(diào)在全基因組范圍內(nèi)影響了一批包含該DNA元件的基因的H3K36me3修飾水平和轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)一步表明OsSUF4可以通過招募SDG725促進(jìn) H3K36me3修飾的建立。最后，通過分析OsSUF4鋅指結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了鋅指結(jié)構(gòu)域中負(fù)責(zé)結(jié)合靶DNA的關(guān)鍵氨基酸。因此該研究通過生物信息學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)等多種研究手段揭示了植物H3K36me3甲基化修飾在基因體5’端建立的一種分子機(jī)制。
a) ChIP-seq分析顯示不同物種中H3K36me3修飾的分布模式不同，
b) OsSUF4下調(diào)突變體表現(xiàn)出與SDG725下調(diào)突變體一致的晚花表型，c) OsSUF4的晶體結(jié)構(gòu)
董愛武教授課題組的博士后劉兵為論文的第一作者，董愛武教授和俞瑜副教授為通訊作者。相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
全文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41467-019-10850-5
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com