鄧興旺實驗室朱丹萌課題組取得植物轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控分子機(jī)制研究突破

     多細(xì)胞生物的生長發(fā)育伴隨著特定基因類群時空特異性的轉(zhuǎn)錄激活與抑制調(diào)控,深入解析轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機(jī)制具有重要意義。轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體DREAM (dimerization partner, RB-like, E2F and multi-vulval class B) 在真核生物細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用,為細(xì)胞維持分裂靜止?fàn)顟B(tài)所必需,主要抑制DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。DREAM復(fù)合體在植物中如何發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用尚待深入探究。

     鄧興旺實驗室朱丹萌課題組在對于植物特有非編碼RNA HID1的研究中,發(fā)現(xiàn)擬南芥中HID1基因座下游1.8 kb的位置存在一個功能冗余的同源基因HIL1。野生型中HIL1的表達(dá)水平顯著低于HID1,提示HIL1位點可能存在特異的轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控。通過正向遺傳學(xué)篩選,課題組鑒定到一個植物DREAM復(fù)合體的特有亞基BTE1 (barrier of transcription elongation 1 ),其功能缺失能夠回復(fù)hid1突變體幼苗發(fā)育遲滯表型至野生型。hid1 bte1的表型回復(fù)主因是HIL1的轉(zhuǎn)錄抑制釋放。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BTE1抑制基因組中上百個基因的轉(zhuǎn)錄。借助遺傳篩選獲得的hid1表型回復(fù)顯性突變株,研究發(fā)現(xiàn)BTE1主要由E2F轉(zhuǎn)錄因子招募至靶基因啟動子區(qū)。BTE1靶基因染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄起始位點附近呈現(xiàn)顯著的組蛋白H3K4me2修飾富集。BTE1的功能缺失可造成靶基因轉(zhuǎn)錄起始位點H3K4me3修飾水平顯著上升。有意思的是,BTE1可與COMPASS-like復(fù)合物核心骨架蛋白WDR5A直接互作,抑制WDR5A對于靶基因染色質(zhì)的結(jié)合和Pol II介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄延伸。分子演化分析顯示,BTE1是植物特有基因,其與同源基因BTL1產(chǎn)生于β全基因組復(fù)制事件。它們是對抗DNA損傷脅迫的關(guān)鍵因子。

     這項研究闡明了非編碼RNA HID1同源基因HIL1被選擇性轉(zhuǎn)錄抑制的分子機(jī)理。研究更新了植物中H3K4me2/3修飾變化與特定基因轉(zhuǎn)錄狀態(tài)相關(guān)性的認(rèn)識,揭示了植物BTE1作為關(guān)鍵調(diào)控開關(guān)調(diào)節(jié)靶基因上H3K4me3修飾水平與RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄延伸,從而抑制基因轉(zhuǎn)錄的新機(jī)制(圖1)。同時,BTE1/BTL1作為植物全基因組加倍提高環(huán)境脅迫適應(yīng)性的重要候選因子,值得進(jìn)一步深入研究。

 

1 DREAMBTE1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制工作模型簡圖

 

     這項題為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《美國科學(xué)院院報》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在線發(fā)表 (https://www.pnas.org/eprint/Q6FPQRN2MFNZIX4Z3YXW/full)。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院助理研究員王玉秋博士、博士后范陽陽和已畢業(yè)博士生樊德為文章的共同第一作者,朱丹萌副研究員和鄧興旺教授為共同通訊作者。北大未來技術(shù)學(xué)院孫育杰研究員、北大生科院張蔚研究員和北大現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院何躍輝研究員參與了該項研究。這項研究得到了國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃、科技部國家重點研發(fā)計劃、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室,以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

 

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