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邓兴旺实验室朱丹萌课题组取得植物转录抑制调控分子机制研究突破

     多细胞生物的生长发育伴随着特定基因类群时空特异性的转录激活与抑制调控,深入解析转录调控的分子机制具有重要意义。转录抑制复合体DREAM (dimerization partner, RB-like, E2F and multi-vulval class B) 在真核生物细胞周期调控中发挥关键作用,为细胞维持分裂静止状态所必需,主要抑制DNA复制及细胞分裂相关基因转录。DREAM复合体在植物中如何发挥转录抑制作用尚待深入探究。

     邓兴旺实验室朱丹萌课题组在对于植物特有非编码RNA HID1的研究中,发现拟南芥中HID1基因座下游1.8 kb的位置存在一个功能冗余的同源基因HIL1。野生型中HIL1的表达水平显著低于HID1,提示HIL1位点可能存在特异的转录抑制调控。通过正向遗传学筛选,课题组鉴定到一个植物DREAM复合体的特有亚基BTE1 (barrier of transcription elongation 1 ),其功能缺失能够回复hid1突变体幼苗发育迟滞表型至野生型。hid1 bte1的表型回复主因是HIL1的转录抑制释放。进一步研究发现BTE1抑制基因组中上百个基因的转录。借助遗传筛选获得的hid1表型回复显性突变株,研究发现BTE1主要由E2F转录因子招募至靶基因启动子区。BTE1靶基因染色质转录起始位点附近呈现显著的组蛋白H3K4me2修饰富集。BTE1的功能缺失可造成靶基因转录起始位点H3K4me3修饰水平显著上升。有意思的是,BTE1可与COMPASS-like复合物核心骨架蛋白WDR5A直接互作,抑制WDR5A对于靶基因染色质的结合和Pol II介导的转录延伸。分子演化分析显示,BTE1是植物特有基因,其与同源基因BTL1产生于β全基因组复制事件。它们是对抗DNA损伤胁迫的关键因子。

     这项研究阐明了非编码RNA HID1同源基因HIL1被选择性转录抑制的分子机理。研究更新了植物中H3K4me2/3修饰变化与特定基因转录状态相关性的认识,揭示了植物BTE1作为关键调控开关调节靶基因上H3K4me3修饰水平与RNA聚合酶II转录延伸,从而抑制基因转录的新机制(图1)。同时,BTE1/BTL1作为植物全基因组加倍提高环境胁迫适应性的重要候选因子,值得进一步深入研究。

 

1 DREAMBTE1介导的转录抑制工作模型简图

 

     这项题为The Arabidopsis DREAM complex antagonizes WDR5A to modulate histone H3K4me2/3 deposition for a subset of genome repression的研究成果于2022年6月28日在《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在线发表 (https://www.pnas.org/eprint/Q6FPQRN2MFNZIX4Z3YXW/full)。北京大学太阳集团城网站2018助理研究员王玉秋博士、博士后范阳阳和已毕业博士生樊德为文章的共同第一作者,朱丹萌副研究员和邓兴旺教授为共同通讯作者。北大未来技术学院孙育杰研究员、北大生科院张蔚研究员和北大太阳集团城网站2018何跃辉研究员参与了该项研究。这项研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部国家重点研发计划、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室,以及北大-清华生命科学联合中心的资助。

 

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