水稻H3K27甲基轉移酶基因的功能研究.pdf

1、染色質是表觀遺傳的物質基礎。染色質上存在各種表觀修飾，這些表觀修飾有的可以通過改變染色質的狀態(tài)來調控基因的表達，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，它主要是使染色質凝集來抑制基因的表達。執(zhí)行這一修飾的E(Z)酶在動植物中非常保守，它一般通過與其它蛋白形成PRC2復合體來對下游基因進行H3K27me3修飾。整個基因組上除了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、關系，但是目前對于這些表觀修飾之間相互關系的機理并不清楚。本研究以水稻中的甲基轉移酶基因SDG711和SDG718為研究對象，研究了H3K27me3在水稻發(fā)育過程中的作用，并探討了H3K27me3與DNA甲基化之間的關系。
　　通過對SDG711和SDG718的表達模式的比較分析發(fā)現(xiàn)，它們在不同的組織部位表達模式不一樣，對日照長短的響應也不一樣。分別構建了這兩個基因的轉基因植株，并對SDG711的轉基因植株的組蛋白修飾進行了檢測，

3、發(fā)現(xiàn)SDG711的超表達植株中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H3K27me2/3甲基轉移酶基因。
　　表型觀察發(fā)現(xiàn)在長日照條件下SDG711超表達植株和獲得性突變體中的開花時間較野生型顯著推遲，而RNAi材料較野生型則顯著提前，在短日照條件下無明顯變化;相反地，SDG718的RNAi材料則在短日照條件下推遲開花，長日照條件下無明顯變化。研究發(fā)現(xiàn)SDG711和SDG718能

4、夠分別在長短日照下抑制OsLF（Hd1的抑制因子）的表達，導致Hd1高表達，從而使水稻在長日照條件下開花推遲，短日照條件下開花提前。SDG711還被發(fā)現(xiàn)在長日照條件下抑制Ehd1的表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SDG711能夠直接結合在Ehd1和OsLF上介導其上的H3K27me3修飾來抑制Ehd1和OsLF的表達從而影響了下游基因的表達導致開花時間的改變。水稻中的E(Z)基因SDG711和SDG718分別在長日照條件抑制開花和短日照條件下促進

5、開花的功能表明，PRC2介導的基因表達的抑制參與了水稻開花時間的精確調控。
　　此外，我們還發(fā)現(xiàn)SDG711促進幼穗的發(fā)育，超量表達SDG711使幼穗的一次枝梗數及每穗穎花數顯著增多，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。為了研究這兩個基因在調控幼穗發(fā)育上的關系，我們以JMJ703突變體為背景，構建了SDG711的RNAi植株，發(fā)現(xiàn)降低了SDG711的表達量加

6、劇了JMJ703突變體的表型。通過檢測OsCKX2（細胞分裂素氧化酶基因）在幼穗發(fā)育過程中表達量的變化發(fā)現(xiàn)，OsCKX2在幼穗發(fā)育的不同時期的表達量的變化與SDG711和JMJ703的表達量變化趨勢相反。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SDG711和JMJ703的表達量影響了幼穗分生組織中細胞分裂素的積累從而影響了幼穗的發(fā)育。。ChIP實驗顯示，SDG711和JMJ703能夠結合在OsCKX2上通過促進其上的H3K27me3修飾、抑制H3K4me3修飾

7、來抑制該基因的表達。在野生型材料的幼穗及葉片中也檢測了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量。實驗結果表明，H3K27me3和H3K4me3可以拮抗的調控OsCKX2的表達從而影響植株體內的細胞分裂素的含量進而影響植株的發(fā)育。
　　通過酵母雙雜交我們發(fā)現(xiàn)SDG711能夠與一個DNA甲基轉移酶直接互作，表明H3K