生命科学学院董爱武课题组揭示植物组蛋白H3第36位赖氨酸甲基化

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  • 发布时间:2019-07-14
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简介 组蛋白赖氨酸甲基化修饰作为最重要的表观遗传修饰之一,在不同物种中的功能是相对保守的。 不同位点上的赖氨酸甲基化(组蛋白H3第4,9,27,36,79以及H4第20位赖氨酸残基)或是同一位

生命科学学院董爱武课题组揭示植物组蛋白H3第36位赖氨酸甲基化

组蛋白赖氨酸甲基化修饰作为最重要的表观遗传修饰之一,在不同物种中的功能是相对保守的。

不同位点上的赖氨酸甲基化(组蛋白H3第4,9,27,36,79以及H4第20位赖氨酸残基)或是同一位点不同程度的甲基化(me1,me2,me3)代表着不同的染色质状态,进而影响基因的转录。

尽管组蛋白赖氨酸甲基化修饰的功能在不同物种中相对保守,但某些修饰在动、植物基因组上的分布模式却存在差异,暗示了植物中存在特殊的组蛋白甲基化修饰的建立机制。 近日,生命科学学院教授董爱武课题组解析了单子叶模式植物水稻中组蛋白H3第36位赖氨酸三甲基化(H3K36me3)修饰建立的分子机制。

7月5日,研究成果以《转录因子OsSUF4与H3K36甲基转移酶SDG725相互作用促进H3K36me3的建立》(ThetranscriptionfactorOsSUF4interactswithSDG725inpromotingH3K36me3establishmen)为题,在线发表于《自然·通讯》(NatureCommunications)。 a)ChIP-seq分析显示不同物种中H3K36me3修饰的分布模式不同;b)OsSUF4下调突变体表现出与SDG725下调突变体一致的晚花表型;c)OsSUF4的晶体结构董爱武课题组首先分析了不同物种中H3K36me3的分布情况,包括单细胞酵母、无脊椎动物线虫和果蝇、脊椎动物小鼠和人类、高等植物拟南芥和水稻。 结果显示,不同于其他物种,高等植物中H3K36me3主要分布在基因体(genebody)的5端。 为了探索植物H3K36me3特异分布模式的建立机制,课题组利用酵母双杂交系统,以水稻中主效的H3K36me3甲基转移酶SDG725作为诱饵蛋白,筛选出与之结合的转录因子OsSUF4,生化实验进一步证明了SDG725与OsSUF4的体外、体内相互作用。 课题组通过遗传分析发现,OsSUF4缺失的水稻植株表现出与SDG725下调植株一致的晚花表型;与晚花表型相一致,开花关键调节因子成花素基因RFT1与Hd3a在突变体中的表达降低。 染色质免疫沉淀(ChIP)实验证明,OsSUF4与SDG725蛋白以相互促进的方式结合在RFT1与Hd3基因的染色质区域并通过建立H3K36me3促进基因转录。 此外,课题组利用EMSA技术,鉴定了转录因子OsSUF4特异结合的DNA元件(5-CGGAAAT-3);分析水稻基因组序列发现水稻中有3000多个基因在启动子区域包含这一顺式元件。

ChIP-seq结合RNA-seq分析发现,OsSUF4的下调在全基因组范围内影响了一批包含该DNA元件的基因的H3K36me3修饰水平和转录水平,进一步表明OsSUF4可以通过招募SDG725促进H3K36me3修饰的建立。 最后,课题组通过分析OsSUF4锌指结构域的晶体结构,发现了锌指结构域中负责结合靶DNA的关键氨基酸。 因此,该研究通过生物信息学、生物化学、遗传学以及结构生物学等多种研究手段揭示了植物H3K36me3甲基化修饰在基因体5端建立的一种分子机制。 董爱武课题组的博士后刘兵为论文的第一作者,生命科学学院董爱武、副教授俞瑜为论文的共同通讯作者。

相关研究得到了国家自然科学基金的资助。

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