SUVHs蛋白调控ROS1基因转录机制调控DNA甲基化

2018年12月27日,国际学术期刊Journal of Integrative Plant Biology在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心雷明光课题组和朱健康课题组合作完成的题为“A Group of SUVH Methyl-DNA Binding Proteins Regulate Expression of the DNA Demethylase ROS1 in Arabidopsis”的研究论文,该研究发现SUVHs蛋白识别并结合ROS1启动子的甲基化MEMS序列,调控ROS1基因表达和基因组甲基化水平。
植物逆境中心雷明光和朱健康课题组合作发现SUVHs蛋白调控ROS1基因转录机制
DNA甲基化是植物体内十分常见的表观遗传修饰,对其生长发育及其环境适应都具有重要作用。DNA甲基化的重头合成主要通过RdDM (RNA-directed DNA Methylation)途径完成,ROS1与RdDM的作用相反,它的作用是去甲基化,防止基因组DNA过度甲基化。植物基因组DNA甲基化与去甲基化是一个相互协调,动态平衡的状态。当甲基化水平降低,如RdDM途径的nrpd1, nrpe1突变体中,ROS1基因表达也受到抑制;当甲基化水平升高,如ros1突变体中,ROS1基因表达显著升高。前期的工作中我们发现ROS1启动子一段39bp的MEMS (DNA methylation monitoring sequence)序列,作为甲基化感应器,能够感受DNA甲基化水平。当MEMS甲基化水平升高时,去甲基化酶ROS1基因表达水平也随之升高。通常认为,DNA甲基化往往导致转录沉默,然而甲基化的MEMS序列如何促进ROS1基因表达的机制尚不清楚。

在本项研究中,研究人员首先通过DNA affinity trapping筛选偏好于与甲基化MEMS序列结合的蛋白,发现了SUVH1和SUVH3两个候选蛋白。利用CRISPR/Cas9技术获得了suvh1/3双突,并进一步将另外两个同源蛋白SUVH7和SUVH8同时突变,获得suvh1/3/7/8四突。通过分析发现SUVHs不仅对外源35S启动子驱动的SUC2和HPTII基因表达是必需的,同时对一些内源的基因的表达也起促进作用。在suvhs双突变体和四突变体,ROS1基因表达进一步降低,同时伴随着基因组许多位点的甲基化水平升高。EMSA试验发现,SUVH3蛋白体外结合甲基化的MEMS。另外,ChIP试验发现SUVH3蛋白在拟南芥也可以体内结合ROS1基因启动子的MEMS序列,并且富集程度受MEMS甲基化水平调控。这些证据说明SUVHs蛋白直接结合ROS1基因启动子的MEMS序列并促进ROS1基因表达。此外,通过IP-MS分析发现了3个与SUVH3相互作用的DNAJ蛋白,并且出现在DNA affinity trapping候选蛋白中,表明SUVHs与DNAJs共同作用调控ROS1基因转录。这项研究揭示了SUVHs以依赖于DNA甲基化的方式结合ROS1启动子的甲基化感应元件,来调节ROS1基因转录及DNA甲基化的机制。

逆境中心助理研究员肖薪龙为该论文第一作者,雷明光研究员和朱健康研究员为该论文的共同通讯作者。该研究受到中国科学院资助。

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