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姜丹華研究組揭示高溫誘導植物熱形態建成的表觀遺傳調控機制

  全球氣候暖化嚴重影響植物生長發育和分布,威脅糧食安全。在擬南芥中,組蛋白變體H2A.Z在環境和發育信號響應基因上富集。當環境溫度升高時,H2A.Z從溫度響應基因的染色質上去除,並往往伴隨著基因的表達激活,從而促進植物在高溫下的形態建成。但H2A.Z從特異位點上去除並激活基因表達的分子機制仍不清楚。 

    

  202176日,中國科學院遗传與发育生物学研究所姜丹华团队在Molecular Plant 在線發表了題爲“The INO80 chromatin remodeling complex promotes thermomorphogenesis by connecting H2A.Z eviction and active transcription in Arabidopsis的研究論文。該研究發現染色質重塑因子INO80突變影響部分基因上H2A.Z的富集,表型分析發現INO80複合體中的亞基INO80EENARP5突變後,植物熱形態建成均受到顯著影響。進一步實驗證明INO80EEN均與熱形態建成中的一個關鍵轉錄因子PIF4直接互作,高溫下INO80PIF4的靶基因上富集,促進H2A.Z的去除和基因表達。遺傳分析發現,INO80PIF4突變均會部分抑制h2a.z突變體對溫度超敏的表型,暗示它們也參與了H2A.Z去除之外的其它轉錄激活過程。通過蛋白互作篩選,發現EENH3K4甲基轉移酶複合體COMPASS的亞基WDR5a及轉錄延伸因子SPT4互作,並且INO80對于高溫下PIF4靶基因上H3K4三甲基化和轉錄延伸的增強是必需的。此外,轉錄延伸因子SPT4SPT5均調控了H2A.Z的去除,表明轉錄延伸和H2A.Z的去除可能相互依賴。 

    

  綜上所述,該研究發現了一個包含PIF4-INO80複合體-COMPASS-轉錄延伸因子的調控模塊,其特異的在PIF4靶基因上参與H2A.Z的去除和轉錄激活,促進植物在高溫下的形態建成。這一結果揭示了高溫誘導植物熱形態建成的表觀遺傳調控機制,爲提高植物對高溫氣候的適應性提供了理論依據。 

    

  遺傳發育所博士生薛滿德爲論文第一作者,姜丹華研究員爲通訊作者,該工作得到國家重點研發計劃、中科院戰略先導A和國家自然科學基金的資助。 

    

圖:PIF4-INO80複合體-COMPASS-轉錄延伸因子調控模塊促進基因激活和熱形態建成