邓兴旺实验室发表文章 解析组蛋白修饰

　　

生物通报道：组蛋白修饰包括组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化、ADP-核糖基化等过程，这一修饰为相关调控蛋白提供其在组蛋白上的附着位点，改变染色质结构和活性，因此尤为重要，近年来也成为了研究热点。来自北京生命科学研究所的研究员近期在这一方面获得了研究进展，相关论文发表在Plant Molecular Biology杂志上。

领导这一研究的是北京生命科学研究所资深研究员邓兴旺博士，其实验室研究领域之一是在植物中从基因组水平探讨DNA甲基化/组蛋白修饰和染色质结构以及基因表达之间存在的关系。文章的第一作者是周君莉和王向峰博士，其他作者还包括北大-耶鲁中心的何昆博士，耶鲁大学的Jean-Benoit F. Charron博士和Axel A. Elling博士。

组蛋白H3的赖氨酸9位点可以被乙酰化及单、二或三甲基化，这些组蛋白的修饰状态对基因的表达以及染色质的组织结构有一定的影响。在拟南芥中，H3K9ac几乎毫无例外地与转录激活相关，而H3K9me2则主要位于组成型异染色质区。

这篇文章报道了拟南芥全基因组组蛋白H3K9ac和H3K9me2修饰的图谱，结果表明H3K9ac修饰5206个非TE编码基因和321 TE编码基因，而H3K9me2修饰2281个TE基因和1112个非TE编码基因。H3K9ac修饰集中在基因的5′末端，在ATG位置有一个高峰，而H3K9me2修饰则覆盖基因的整个编码区。 H3K9ac修饰的基因的表达活性相对较高，而H3K9me2则多分布在表达活性较低的基因。对文中H3K9ac和H3K9me2的全基因组修饰的图谱与已经报道的H3K27me3和DNA甲基化修饰图谱一起研究发现，同一基因上的组蛋白多个位点修饰和基因的表达活性之间存在相关性。

这项研究通过ChIP-chip技术, 对拟南芥基因组水平组蛋白修饰与基因表达之间的关系进行了研究，获得了拟南芥基因组水平组蛋白修饰的第一手资料。这一ChIP-chip技术是目前已比较成熟的技术，其中ChIP是指染色体免疫共沉淀（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP），这种基于体内分析发展起来的方法，也称结合位点分析法，在过去十年已经成为表观遗传信息研究的主要方法。这项技术帮助研究者判断在细胞核中基因组的某一特定位置会出现何种组蛋白修饰。

通过将这种方法运用到拟南芥组蛋白修饰上，邓兴旺研究组获得了一系列的成果，之前对四种组蛋白修饰和DNA甲基化是如何综合影响基因表达进行了系统的分析：三种组蛋白H3K4me3, H3K9ac, H3K36me3在编码蛋白的功能基因上丰度很高，而在转座子相关基因上很少，并且对基因表达起到正调控的作用；H3K27me3和DNA methylation对基因表达具有负调控的作用，并且是相互排斥的。

邓兴旺研究组已经建立了一系列的实验技术平台，包括全基因组表达芯片，高密度寡核苷酸tilling芯片，以及ChIP-chip分析方法，运用这些技术和平台，他们已经在水稻及拟南芥中展开了探讨染色质结构和基因表达以及植物发育之间的关系的研究。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Genome-wide profiling of histone H3 lysine 9 acetylation and dimethylation in Arabidopsis reveals correlation between multiple histone marks and gene expression（Plant Molecular Biology）

作者简介：

邓兴旺 博士

北京生命科学研究所资深研究员

耶鲁大学植物生物学冠名教授

北大-耶鲁植物分子遗传学及农业生物技术联合中心主任


研究概述：

本实验室研究领域之一是在植物中从基因组水平探讨DNA甲基化/组蛋白修饰和染色质结构以及基因表达之间存在的关系。我们已经建立了一系列的实验技术平台，包括全基因组表达芯片，高密度寡核苷酸tilling芯片，以及ChIP-chip分析方法，运用这些技术和平台我们已经在水稻及拟南芥中展开了探讨染色质结构和基因表达以及植物发育之间的关系的研究；同时利用这些芯片和相关技术，我们还开展了寻找水稻栽培过程中杂种优势形成的分子及遗传基础的研究，取得了初步的进展；此外，最近我们刚刚开始了对水稻和拟南芥ncRNA（non-coding RNA）全基因组系统分析，运用严格的方法分离水稻不同组织器官在关键发育时期的ncRNA，运用高通量方法进行测序，验证并加以分类，从中挑选了部分正在进行生物学功能的研究。

本实验室另外一个研究兴趣是关于光调控的拟南芥幼苗发育过程的分子和生化机制。我们实验室在研究参与光调控的拟南芥发育过程的遗传通路时，找到了12个多效性COP/DET/FUS位点，确定它们介导了光对拟南芥幼苗发育过程的调节。其中，COP1是拟南芥光形态建成的关键的抑制因子，暗中在细胞核内作为E3通过26S蛋白体降解促进光形态建成的转录因子，而在光下COP1活性被抑制且在核内的丰度降低；另外一个基因COP10编码一个类似E2的蛋白；其余的多数基因编码一个高度保守的多亚基蛋白COP9复合体（COP9 signalosome）的不同亚基，COP9复合体是一个新的E3连接酶的调节因子，可以促进NEDD8/RUB1从特定的E3连接酶上解离下来。COP9复合体是细胞对外界刺激或胁迫产生反应的新的调节成分。目前，本实验室正在通过分子遗传和基因组学的方法，进一步深入地研究这类在所有多细胞有机体中保守的细胞调节复合体的功能。