我室研究揭示水稻Eui1基因自我抑制的表观调控机理-亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室
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我室研究揭示水稻Eui1基因自我抑制的表观调控机理
2018-03-13 10:07   审核人:

   近日,我室华南农业大学陈乐天教授课题组在生物学一区刊物Molecular Plant (最新影响因子为8.827)在线发表了题为 “The Intronic cis-element SE1 Recruits trans-acting Repressor Complexes to Repress the Expression of ELONGATED UPPERMOST INTERNODE1 in Rice”(DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.03.001) 的研究论文。该论文的通讯作者为陈乐天教授,其指导的博士后谢勇尧博士和博士生张雅玲同学为共同第一作者。

发表论文的期刊主页截屏

  在杂交稻生产过程中,无论是三系的细胞质雄性不育系,还是两系的核不育系都会在生育后期出现“包颈”现象(即部分穗子因无法完全抽出剑叶鞘而不能授粉结实),从而影响制种和繁种产量。生产上,通常是利用喷施植物赤霉素(GA)的化学法解决“包颈”问题,但这既增加制种成本,又影响种子质量。遗传学研究发现水稻最上节间伸长(elongated uppermost internode,EUI)性状受隐性主效基因eui1和eui2控制。研究表明水稻Eui1编码一个能失活GA的P450蛋白酶。该酶突变后,导致活性GA在水稻最上节间过度积累而引起长颈穗表型。eui1长颈穗遗传材料被认为是杂交水稻生产中除不育系、保持系、恢复系之外的“第四遗传要素”,可增加不育系穗颈长度,提高杂交稻制种产量。

  陈乐天教授课题组研究发现,在Eui1基因内含子中有多个含RY基序(CATGCA/T/G)的顺式调控元件,其中一个命名为silencing element1 (SE1)的元件通过表观修饰机制调控Eui1自身的表达。研究发现,SE1能募集一个至少包括B3类转录因子OsVAL2和OsGD1、共抑制因子OsSAP18以及去乙酰化酶OsHDA710组成的抑制复合体,该复合体通过OsVAL2和OsGD1直接与SE1结合。在正常植株中,抑制复合体通过维持Eui1染色质较低的组蛋白乙酰化水平和较高的H3K27me3水平,形成紧密的染色质结构,从而保持Eui1的低表达,维持活性GA平衡和正常株高。当SE1的RY基序发生缺失或突变时,抑制复合体不能锚定到Eui1的染色质特定区段行使正常功能,导致染色质的组蛋白乙酰化水平提高而H3K27me3水平降低,从而导致Eui1高表达而严重失活GA,植株因此产生严重矮化及“包颈”表型。本研究揭示Eui1通过内含子顺式元件募集抑制复合体,对自身染色质组蛋白进行表观修饰,形成紧密的染色质构型、实现自我抑制的表观遗传调控机制,不仅加深了人们对基因组非编码DNA区段生物学功能的认识,也为精确调控不育系穗颈长度提供了理论指导,有望创造穗颈长度适中的不育系,进一步完善杂交育种技术。本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

  据悉,论文第一作者谢勇尧博士是陈乐天教授的第二期博士后,他在站期间以第一作者身份发表SCI论文5篇,其中包括生物学一区论文2篇;发表论文总影响因子累计达到53点。(文/图  赵秀彩)

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