水稻染色質(zhì)變構(gòu)因子DDM1和CHR729的功能研究.pdf

1、表觀遺傳學(xué)是現(xiàn)代生物領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，主要內(nèi)容包括組蛋白修飾、染色質(zhì)變構(gòu)以及DNA甲基化等方面，其參與調(diào)控生物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段。表觀遺傳研究的主要內(nèi)容包括染色質(zhì)修飾及其結(jié)構(gòu)變化，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾以及染色質(zhì)變構(gòu)因子等方面。水稻是世界上重要的糧食作物，也是經(jīng)典的單子葉模式生物，但有關(guān)水稻表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的研究還很少報(bào)道，因此研究水稻中表觀修飾基因的生物學(xué)功能具有重要的意義。
　　 真核生物中染色質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)基因組

2、活動(dòng)至關(guān)重要。染色質(zhì)變構(gòu)因子是一類(lèi)重要的因子，其通過(guò)識(shí)別特定的染色質(zhì)修飾標(biāo)志和改變核小體的位置或組成，從而調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。本課題主要研究的是水稻SNF2蛋白家族中的兩個(gè)染色質(zhì)變構(gòu)因子DDM1和CHR729表觀調(diào)控機(jī)理。研究結(jié)果表明，水稻DDM1主要參與DNA甲基化的維持，保證了基因組的穩(wěn)定性；而CHR729屬于植物特有的CHD蛋白(染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域-解螺旋-DNA結(jié)合蛋白)，其對(duì)維持全基因組H3K4me3和H3K27me3修飾水平以及保證

3、水稻的正常生長(zhǎng)發(fā)育起著重要的作用，以及本研究能讓我們更好的理解表觀遺傳學(xué)各種修飾之間的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.水稻中染色質(zhì)變構(gòu)因子DDM1有兩個(gè)基因DDM1a和DDM1b，兩者高度同源以及表達(dá)譜也高度相似。ddm1b突變體導(dǎo)致許多重復(fù)序列、轉(zhuǎn)座予以及反轉(zhuǎn)座子DNA甲基化下降，引起水稻株高變矮和花粉敗育等表型，這些表型可能是因?yàn)檗D(zhuǎn)座予跳躍引起。DDM1b基因超表達(dá)，會(huì)使水稻生長(zhǎng)發(fā)育的更好。ddm1b突變體對(duì)5-Aza(

4、DNA甲基化抑制劑)表現(xiàn)的更加敏感，以及DDM1a和DDM1b都受5-Aza誘導(dǎo)下調(diào)表達(dá)，說(shuō)明水稻DDM1可能參與了5-aza抑制DNA甲基化的途徑。酵母雙雜交證明DDM1b蛋白可以與水稻MSI1和ZIM等蛋白互作，說(shuō)明DDM1b基因也可能參與逆境以及配子發(fā)育等過(guò)程。
　　 2.水稻chr729突變體和雙鏈抑制材料dsCHR729均表現(xiàn)出植株變矮、葉變窄、二次枝梗減少等一系列嚴(yán)重生長(zhǎng)發(fā)育異常的表型。在體外，CHR729蛋白的PH

5、D結(jié)構(gòu)域與Chromodomain結(jié)構(gòu)域能分別識(shí)別并結(jié)合H3K27me3和H3K4me2兩種組蛋白修飾。chr729突變體與野生型相比較，其生長(zhǎng)素合成基因YUCCA下調(diào)表達(dá)但是生長(zhǎng)素應(yīng)答基因IAA與GH3不受影響，而細(xì)胞分裂素應(yīng)答基因RR對(duì)6-BA(外源細(xì)胞分裂素)響應(yīng)減緩并且細(xì)胞分裂素氧化基因CKX表達(dá)上調(diào)。同時(shí)檢測(cè)6-BA誘導(dǎo)處理前后，RR與YUCCA7基因H3K4me3和H3K27me3組蛋白修飾狀況，發(fā)現(xiàn)chr729突變體對(duì)比野

6、生型阻礙了H3K4me3修飾的增加，因此導(dǎo)致這些基因表達(dá)的減緩。以及突變體比野生型在長(zhǎng)日照下開(kāi)花基因RID1和RFT1表達(dá)降低，導(dǎo)致開(kāi)花推遲。
　　 3.Weston Blot結(jié)果表明，在發(fā)芽?jī)芍艿挠酌缰?，chr729中H3K4me3和H3K27me3修飾比野生型低。Chip-seq測(cè)序發(fā)現(xiàn)突變體中有H3K4me3和H3K27me3修飾基因數(shù)目分別下降23%和56%，修飾下降的主要是一些不表達(dá)或被抑制表達(dá)的基因。將CHIP-se