中科院两博导PNAS文章:首次发现表观遗传修饰与胁迫记忆有关

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年1月6日 来源:生物通

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  来自中国科学院植物研究所的研究人员揭示了转录因子结合启动子上游片段来维持H3K4me3水平,从而调控植物胁迫“记忆”的新机制。这是第一次发现光能通过记忆基因中维持H3K4me3水平的HY5的功能调控盐诱导的转录记忆。

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生物通报道:来自中国科学院植物研究所的研究人员揭示了转录因子结合启动子上游片段来维持H3K4me3水平,从而调控植物胁迫“记忆”的新机制。这是第一次发现光能通过记忆基因中维持H3K4me3水平的HY5的功能调控盐诱导的转录记忆。

这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上,文章的通讯作者是中国科学院植物研究所华学军研究员与金京波研究员,其中华学军研究员2004年入选中科院百人计划,至今在中科院植物所任研究组长。主要研究领域为植物是如何感受并应答渗透逆境的信号;野生番茄的耐盐机理,以及玉米种子胚特异启动子功能鉴定与应用等。

为适应复杂多变的环境,植物能够对经历过的不利环境刺激产生一定的“记忆”,从而有利于更快更强地应对再次出现的胁迫。然而,人们对植物的胁迫“记忆”是否受其他环境因素的调节还知之甚少。

在这篇文章中,研究人员针对植物盐胁迫“记忆”的调控机制展开了研究。研究人员发现,拟南芥对盐胁迫诱导的脯氨酸积累及脯氨酸合成的关键酶基因P5CS1转录表达具有“记忆”能力,并且这种“记忆”依赖于胁迫恢复阶段的光照和HY5介导的光信号通路。HY5/HYH通过与P5CS1启动子特定片段的结合,帮助维持胁迫恢复阶段P5CS1转录起始点附近的组蛋白甲基化(H3K4me3)修饰。

这一研究结果揭示了转录因子结合启动子上游片段来维持H3K4me3水平,从而调控植物胁迫“记忆”的新机制。

作者简介:

华学军,男,博士,研究员,博士生导师。

1964年6月出生于北京市,1987年在北京大学获学士学位,1990年在中国农业科学院研究生院获硕士学位,2000年在比利时根特大学所获博士学位。2000年至2001年在加拿大University of Toronto进行博士后研究,2002年至2004年在加拿大University of Calgary任高级研究助理。2004年入选中科院百人计划,至今在中科院植物所任研究组长。迄今发表SCI收录刊物论文30余篇。已培养硕士和博士10名;正在指导博士后1名、博士生和硕士生7名。

主要研究工作:

本实验室的研究方向包括:

1. 植物是如何感受并应答渗透逆境的信号

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,采取分子遗传学、生理学、基因组学和蛋白组学的研究方法,分析植物应答渗透逆境的信号转导途径上的调控元件,并以胁迫下普遍存在的脯氨酸积累为系统,研究植物代谢是如何应答和参与抵抗胁迫的,从而对植物应答渗透胁迫的机理有进一步深入的了解。

2. 野生番茄的耐盐机理

利用比较基因组学和遗传学的方法,以栽培番茄(Solanum lycopersicon)和醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium)为材料,对它们在正常生长条件和盐胁迫下,总体基因表达的差异进行研究,挖掘野生番茄耐盐基因资源。从而有效地,低成本地改良作物的抗盐、抗旱性。

3. 玉米种子胚特异启动子功能鉴定与应用

利用分子生物学和基因组学的研究手段,对玉米(Zea mays)种子中胚特异启动子的顺式作用元件的序列和功能进行详细的分析,试图构建具有我国自主知识产权的,可以用于创制转基因玉米的胚特异性表达启动子。

金京波,男,博士,研究员,博士生导师。

1974年3月出生于吉林省图们市,1996年在中国农业大学获学士学位,1999年和2002年在韩国庆尚国立大学获硕士和博士学位。2002年3月至 2008年11月分别在韩国浦项工业大学和美国普渡大学进行博士后工作。现任中国科学院植物研究所研究员及课题组组长。2008年入选“百人计划”。迄今发表SCI收录刊物论文34篇。其中,通讯(或共同通讯)作者两篇,第一(或共同第一)作者论文5篇。正在指导博士生3名和硕士生3名。

主要研究工作:

以拟南芥和大豆为研究体系,鉴定SUMO化及组蛋白去甲基化调控植物发育、激素及环境胁迫的表观遗传学分子调控机制。

原文摘要:

Light affects salt stress-induced transcriptional memory of P5CS1 in Arabidopsis

To cope with environmental stresses, plants often adopt a memory response upon primary stress exposure to facilitate a quicker and stronger reaction to recurring stresses. However, it remains unknown whether light is involved in the manifestation of stress memory. Proline accumulation is a striking metabolic adaptation of higher plants during various environmental stresses. Here we show that salinity-induced proline accumulation is memorable and HY5-dependent light signaling is required for such a memory response. Primary salt stress induced the expression of Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase 1 (P5CS1), encoding a proline biosynthetic enzyme and proline accumulation, which were reduced to basal level during the recovery stage. Reoccurring salt stress-induced stronger P5CS1 expression and proline accumulation were dependent upon light exposure during the recovery stage. Further studies demonstrated that salt-induced transcriptional memory of P5CS1 is associated with the retention of increased H3K4me3 level at P5CS1 during the recovery stage. HY5 binds directly to light-responsive element, C/A-box, in the P5CS1 promoter. Deletion of the C/A-box or hy5 hyh mutations caused rapid reduction of H3K4me3 level at P5CS1 during the recovery stage, resulting in impairment of the stress memory response. These results unveil a previously unrecognized mechanism whereby light regulates salt-induced transcriptional memory via the function of HY5 in maintaining H3K4me3 level at the memory gene.
 

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