水稻H3K27甲基轉(zhuǎn)移酶基因的功能研究.pdf

1、染色質(zhì)是表觀遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。染色質(zhì)上存在各種表觀修飾，這些表觀修飾有的可以通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)的狀態(tài)來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)，組蛋白修飾就是其中的一種。H3K27me3是目前研究最多的一種組蛋白修飾，它主要是使染色質(zhì)凝集來(lái)抑制基因的表達(dá)。執(zhí)行這一修飾的E(Z)酶在動(dòng)植物中非常保守，它一般通過(guò)與其它蛋白形成PRC2復(fù)合體來(lái)對(duì)下游基因進(jìn)行H3K27me3修飾。整個(gè)基因組上除了H3K27me3修飾外，還存在許多其他的修飾，這些修飾之間通常存在著直接或間接的

2、關(guān)系，但是目前對(duì)于這些表觀修飾之間相互關(guān)系的機(jī)理并不清楚。本研究以水稻中的甲基轉(zhuǎn)移酶基因SDG711和SDG718為研究對(duì)象，研究了H3K27me3在水稻發(fā)育過(guò)程中的作用，并探討了H3K27me3與DNA甲基化之間的關(guān)系。
　　通過(guò)對(duì)SDG711和SDG718的表達(dá)模式的比較分析發(fā)現(xiàn)，它們?cè)诓煌慕M織部位表達(dá)模式不一樣，對(duì)日照長(zhǎng)短的響應(yīng)也不一樣。分別構(gòu)建了這兩個(gè)基因的轉(zhuǎn)基因植株，并對(duì)SDG711的轉(zhuǎn)基因植株的組蛋白修飾進(jìn)行了檢測(cè)，

3、發(fā)現(xiàn)SDG711的超表達(dá)植株中H3K27me2/3甲基化程度顯著高于野生型，抑制材料中則正好相反，表明SDG711是一個(gè)H3K27me2/3甲基轉(zhuǎn)移酶基因。
　　表型觀察發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)日照條件下SDG711超表達(dá)植株和獲得性突變體中的開(kāi)花時(shí)間較野生型顯著推遲，而RNAi材料較野生型則顯著提前，在短日照條件下無(wú)明顯變化;相反地，SDG718的RNAi材料則在短日照條件下推遲開(kāi)花，長(zhǎng)日照條件下無(wú)明顯變化。研究發(fā)現(xiàn)SDG711和SDG718能

4、夠分別在長(zhǎng)短日照下抑制OsLF（Hd1的抑制因子）的表達(dá)，導(dǎo)致Hd1高表達(dá)，從而使水稻在長(zhǎng)日照條件下開(kāi)花推遲，短日照條件下開(kāi)花提前。SDG711還被發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)日照條件下抑制Ehd1的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SDG711能夠直接結(jié)合在Ehd1和OsLF上介導(dǎo)其上的H3K27me3修飾來(lái)抑制Ehd1和OsLF的表達(dá)從而影響了下游基因的表達(dá)導(dǎo)致開(kāi)花時(shí)間的改變。水稻中的E(Z)基因SDG711和SDG718分別在長(zhǎng)日照條件抑制開(kāi)花和短日照條件下促進(jìn)

5、開(kāi)花的功能表明，PRC2介導(dǎo)的基因表達(dá)的抑制參與了水稻開(kāi)花時(shí)間的精確調(diào)控。
　　此外，我們還發(fā)現(xiàn)SDG711促進(jìn)幼穗的發(fā)育，超量表達(dá)SDG711使幼穗的一次枝梗數(shù)及每穗穎花數(shù)顯著增多，以往研究也發(fā)現(xiàn)，JMJ703（H3K4去甲基化酶基因）突變體表現(xiàn)出與SDG711 RNAi植株同樣的幼穗表型。為了研究這兩個(gè)基因在調(diào)控幼穗發(fā)育上的關(guān)系，我們以JMJ703突變體為背景，構(gòu)建了SDG711的RNAi植株，發(fā)現(xiàn)降低了SDG711的表達(dá)量加

6、劇了JMJ703突變體的表型。通過(guò)檢測(cè)OsCKX2（細(xì)胞分裂素氧化酶基因）在幼穗發(fā)育過(guò)程中表達(dá)量的變化發(fā)現(xiàn)，OsCKX2在幼穗發(fā)育的不同時(shí)期的表達(dá)量的變化與SDG711和JMJ703的表達(dá)量變化趨勢(shì)相反。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SDG711和JMJ703的表達(dá)量影響了幼穗分生組織中細(xì)胞分裂素的積累從而影響了幼穗的發(fā)育。。ChIP實(shí)驗(yàn)顯示，SDG711和JMJ703能夠結(jié)合在OsCKX2上通過(guò)促進(jìn)其上的H3K27me3修飾、抑制H3K4me3修飾

7、來(lái)抑制該基因的表達(dá)。在野生型材料的幼穗及葉片中也檢測(cè)了OsCKX2上的H3K27me3、H3K4me3的富集，發(fā)現(xiàn)OsCKX2上H3K27me3和H3K4me3富集程度的不同影響著OsCKX2在葉片及幼穗中的表達(dá)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，H3K27me3和H3K4me3可以拮抗的調(diào)控OsCKX2的表達(dá)從而影響植株體內(nèi)的細(xì)胞分裂素的含量進(jìn)而影響植株的發(fā)育。
　　通過(guò)酵母雙雜交我們發(fā)現(xiàn)SDG711能夠與一個(gè)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶直接互作，表明H3K