****PNAS揭示全新发育分子机理

　　

生物通报道，来自华中农业大学****特聘教授周道绣课题组，9月9日发表PNAS文章，发现一个基因突变体可同时影响水稻多个花器官的形成，从表观遗传学新角度，揭示了一个控制水稻花器官发育的全新分子机理。  

 

长期以来，植物生殖发育生物学家们都在寻找控制花器官发育的基因，经过多年的研究提出了著名的花发育“ABC”模型，该模型概括了在花的不同部位不同类型的基因是怎样起作用，从而控制花部器官的发育的，但这一模型仍有很多不清楚的地方。作为单子叶模式植物，水稻的花器官发育在单子叶植物花器官中也具有代表性。而周道绣课题组的研究正是揭开了水稻多个花器官的发育形成模式，为水稻花器官发育提供了新的分子理论机制。

 

据文章第一作者博士研究生孙前文介绍，此突变体基因JMJ706失活导致器官发育异常，具体表现为水稻种子内、外壳异常甚至缺失，部分花器官如雌蕊和雄蕊增多，种子变小。

 

周道绣课题组进一步研究证实，JMJ706是一种组蛋白去甲基化酶基因，可以去除H3组蛋白上第9位赖氨酸上的甲基，控制这些现象的原因是由于JMJ706基因以一种表观修饰的方式控制了在花器官发育过程中一些起重要作用的基因，让这些基因过量表达或者不表达。该基因的独特之处在于，不经过改变DNA序列，而只改变与DNA缠绕的组蛋白的修饰，就可以轻轻松松控制基因的“开”或者“关”。  

 

周道绣教授表示，这是第一个在水稻中阐明功能的组蛋白去甲基化酶基因，也是第一次将表观遗传学的手段应用到水稻花器官发育的研究，同时也为进一步全面揭示水稻花发育调控分子机理提供了一个全新的思路。

 

 周道绣教授领导的“水稻表观调控”课题组为张启发院士领导的“基因组研究与水稻遗传改良”国家创新团队的成员之一。他们以单子叶模式植物水稻作为研究对象，目的是阐明组蛋白修饰酶在水稻基因表达调控及生长发育过程中的功能。他们研究发现，植物个体生长发育中一些重要生命现象发生的改变并不一定要依靠DNA序列的改变，而是与DNA序列上的组蛋白修饰密切相关，也就是所谓的表观修饰。他们形象的说，这就像京剧表演，演员肤色没有改变，但经过不同颜色画笔的描绘，呈现出了千变万化的脸谱。

 

周道绣教授领导的“水稻表观调控”课题组，以单子叶模式植物水稻作为研究对象，目的是阐明组蛋白修饰酶在水稻基因表达调控及生长发育过程中的功能。表观遗传学(Epigenetics)是近年来新兴的一门研究在没有DNA序列改变的情况下基因功能的可逆的、可遗传的变异的生物学学科。对这一领域的研究，将促使人们对动植物个体生长发育、疾病发病及预防和治疗、植物抗逆，以及杂种优势等许多重要生命现象发生机理的重新认识。

 

原文摘要：Rice jmjC domain-containing gene JMJ706 encodes H3K9 demethylase required for floral organ development

 

【Abstract】

Histone lysine methylation is an important epigenetic modification with both activating and repressive roles in gene expression. Jumonji C (jmjC) domain-containing proteins have been shown to reverse histone methylation in nonplant model systems. Here, we show that plant Jumonji C proteins have both conserved and specific features compared with mammalian homologues. In particular, the rice JMJD2 family jmjC gene JMJ706 is shown to encode a heterochromatin-enriched protein. The JMJ706 protein specifically reverses di- and trimethylations of lysine 9 of histone H3 (H3K9) in vitro. Loss-of-function mutations of the gene lead to increased di- and trimethylations of H3K9 and affect the spikelet development, including altered floral morphology and organ number. Gene expression and histone modification analysis indicates that JMJ706 regulates a subset of flower development regulatory genes. Taken together, our data suggest that rice JMJ706 encodes a heterochromatin-associated H3K9 demethylase involved in the regulation of flower development in rice.

 

 

周道绣，华中农业大学生命科学技术学院****特聘教授。聘任岗位：生物化学与分子生物学。

男，1961年7月16日出生，博士，教授，1983年于华中农学院（现华中农业大学）获农学学士学位；1984年就读于法国GRENOBLE大学，于1988年获分子生物学博士学位；1988-1991年任美国加利福尼亚大学博士后研究员；1992年获法国博士生指导资格文凭。1990-1996年任法国国家科研中心（CNRS）研究员，主要从事植物基因转录调节研究；1996-1999年任法国必卡第大学（Univ. Picardie）教授，1996-2000年必卡第大学植物分子遗传学实验室主任；2000年至今任法国巴黎南大学（Univ. Paris-Sud）教授，分子器官形成学实验室主任；1999-2004年法国国家植物功能基因组计划（Genoplante）转录因子项目召集人；2002年被聘为华中农业大学****奖励计划特聘教授。主要从事植物转录因子在植物生长发育中的作用机理的研究。系统的探讨了一组植物独有的转录因子（Trihelix DNA-binding factors）的生化性质、调节网络及作用机理。近来着手研究植物器官形成与发育中的转录调控网络，特别是普遍性转录因子（TFIID, TFIIA等）及染色质修饰因子（组蛋白乙酰化酶等）在植物顶端分生组织的保持和分化过程中的功能及作用机理。同时试图从转录因子研究出发，探讨水稻杂种优势的分子机理。其研究经费主要由法国科研部和中国国家自然基金委资助。

 

　　有代表性的文章：

 

　　D.-X. ZHOU (1999) - Regulatory mechanism of plant gene transcription by GT elements and GT factors. Trends Plant Sci. 4 : 210-214. J. LE GOURRIREC,

　　Y.-F. LI & D.-X. ZHOU (1999) - Transcriptional activation by Arabidopsis GT-1 may be through interaction with the TFIIA-TBP-TATA complex. Plant J. 18 : 663-668.

　　Y-F. LI, F. DUBOIS & D.-X. ZHOU (2001) - Ectopic expression of TATA box-binding protein induces shoot proliferation in Arabidopsis, FEBS Lett. 489 : 187-191.

　　D.-X. ZHOU (2002) - Protein interactions between transcription factors to control plant gene expression. Annu Plant Reviews 7 : 257-284.

　　C. BERTRAND, C. BERGOUNIOUX, S. DOMENICHINI, M. DELARUE & D-X. ZHOU (2003) - Arabidopsis histone acetyltransferase AtGCN5 regulates the floral meristem activity through the WUSCHEL/AGAMOUS Pathway. J. Biol. Chem.

 

（生物通 张欢）