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的研究论文,并部分揭示了其在调控逆境响应基因表达的分子机理

27 6月 , 2019  

12月12日,中国科学院逆境生物学研究中心朱健康研究组和普渡大学博士后祝英方的研究成果,以AnArabidopsisNucleoporinNUP85modulatesplantresponsestoABAandsaltstress为题,在线发表在PLOSGenetics上。该研究通过遗传筛选的手段发现了核孔蛋白成员NUP85参与调控植物响应ABA与高盐胁迫的RD29A-LUC报告基因的表达,并部分揭示了其在调控逆境响应基因表达的分子机理。

研究发现PRC2复合体能够缓冲ABA诱导的植物凋亡

上海生科院发现植物核孔蛋白在响应ABA信号与盐胁迫中的作用

通过用外源ABA处理核心PRC2组分突变体CLFSWN,研究人员发现双突变体对ABA处理更加敏感。对突变体转录组变化的分析发现大量ABA诱导表达的基因在双突变体中上调表达,并主要参与凋亡过程。而且,在双突变体中,ABA对凋亡相关基因的诱导表达更加剧烈。进一步表观组数据比较揭示尽管ABA响应过程中相关转录因子能够迅速结合并激活凋亡基因表达,但这些基因附近的H3K27me3修饰并没有发生显著变化,从而限制了凋亡基因的上调幅度。综上,PRC2核心催化酶CLF和SWN冗余介导的H3K27me3修饰与ABA相关转录因子共同调控ABA诱导衰老基因的表达,使植物对逆境胁迫做出迅速而适度的反应,以便更好地适应环境。

研究工作得到了中科院与美国NSF的经费资助。

10月11日,The Plant Journal
期刊在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所张一婧研究组题为Polycomb
repressive complex 2 attenuates ABA-induced senescence in Arabidopsis

的研究论文。该研究揭示了PRC2介导的H3K27me3修饰能够有效缓冲ABA诱导的植物凋亡。

RD29A-LUC报告基因在sickle-1突变体的背景下能够在ABA与高盐处理后高度表达,通过EMS诱变后的抑制子筛选,该研究发现NUP85的突变导致RD29A-LUC报告基因在sic-1中的表达受到明显的抑制。与该正向遗传筛选结果吻合的基因表达研究发现,RD29A、COR15A与COR47等逆境响应基因的表达在nup85突变体以及其他核孔蛋白突变体如Nup160与hos1中受到明显抑制。除了影响逆境响应基因的表达外,发现nup85与nup160、hos1突变体对于外源ABA与高盐处理更敏感,它们的双突并没有明显增强单突的敏感表型,暗示核孔蛋白在响应ABA与高盐胁迫中可能存在功能冗余的现象。进一步的蛋白质组学研究揭示,NUP85除了与NUP107-160复合体的其他成员在一个复合体外,还可能与一些调控基因转录的重要因子,mediatorcomplex存在相互作用。该研究验证了NUP85能够与MED18直接相互作用,从而参与调控ABA以及盐胁迫诱导的逆境基因表达。综上所述,该研究不仅揭示了NUP85和其他核孔蛋白参与调节ABA和盐胁迫的分子机制,还揭示了核孔蛋白复合体及中介复合体在调控基因表达中的关系。

植物激素脱落酸(Abscisic Acid,
ABA)对于提高植物对干旱等非生物胁迫的耐受性具有关键作用,最近的研究表明ABA能够通过诱导叶片凋亡促进植物对于营养的再利用,从而提高植物的耐受性。但过度凋亡则会影响植物生存,已有报道揭示了多个限制ABA响应的转录水平的通路。该研究组前期研究发现调控发育的重要表观修饰复合体多梳家族蛋白(Polycomb
repressive complex 2,PRC2)介导的H3K27me3位点大量富集ABA响应元件(ABA
response element,ABRE),那么ABA响应如何在表观水平被调控呢?

核孔蛋白是镶嵌在细胞内外核膜上的复杂复合体,是调控细胞质与细胞核之间运输的通道。以往研究发现了部分植物核孔蛋白参与植物发育、响应低温以与免疫应答等过程。但核孔蛋白在响应ABA信号以及高盐胁迫中的生物学作用尚未被报道。

论文链接

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博士研究生刘春梅、程静菲为共同第一作者,实验材料与实验平台获得植生生态所研究员徐麟的帮助。相关工作得到国家自然科学基金面上项目的资助。

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