冷壓力激活玉米串聯重複序列的細胞遺傳學研究

《冷壓力激活玉米串聯重複序列的細胞遺傳學研究》是依託武漢大學，由李立家擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：冷壓力激活玉米串聯重複序列的細胞遺傳學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李立家
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

在前期工作基礎上，用Northern blot和RT-PCR研究Knob串聯重複序列在冷處理的玉米不同組織中的表達。用染色質修飾酶抑制劑和冷處理玉米，ChIP-PCR和重亞硫酸鹽測序技術分析Knob染色質修飾狀況的變化。用3D-Immuno-FISH方法在間期核定位重複序列確定它們的核空間分布、與染色中心和環的位置關係、染色質濃縮和脫濃縮狀況及與不同染色質修飾和相關蛋白的聯繫。利用RT-PCR分析Knob序列和冷反應轉錄因子基因如ZmDREB1等隨時間的表達和轉錄因子免疫沉澱-PCR研究轉錄因子和Knob序列之間的關係。RNA原位雜交分析Knob序列的RNA在間期核中的分布, RT-PCR和Southern blot分析冷壓下重複序列拷貝數或染色體外DNA的形成。本研究試圖闡明這些序列在染色質水平上的表達機制，將加深人們對玉米基因組重複序列的認識，為玉米基於重複序列的抗性改良奠定理論基礎。

結題摘要

玉米是一種重要的經濟作物，也是植物核基因組細胞遺傳學研究的模式生物。玉米基因組比較大，含有約85%的重複序列。目前關於這些重複序列如Knob序列在植物生長發育和逆境反應中的功能以及細胞遺傳學基礎知之甚少。本研究是關於冷壓力激活Knob串聯重複序列的細胞遺傳學和染色質調節機制。在這個研究中，我們成功設計了專一性引物並通過RT-PCR擴增得到TR-1序列，發現在冷壓力下Knob TR-1表達升高且在葉片中表達明顯高於根，結合ABA和冷壓力作用下，利用TR-1探針FISH發現染色質發生脫濃縮，發現組蛋白H3K9、H4K5乙醯化上升以及H3K9二甲基化下降，證明Knob串聯重複序列可能通過組蛋白表觀修飾變化影響染色質的脫濃縮，進而調控Knob重複序列的轉錄。結合冷和激素處理分析冷反應轉錄因子ZmICE1和ZmDREB1以及TR-1的轉錄變化，推測Knob轉錄產物可能通過ZmICE1/ZmDREB1信號途徑參與玉米冷應激反應。同時發現熱處理也能引起玉米Knob TR-1的轉錄上調。另一個串聯重複序列45S rDNA在熱壓力下染色質發生脫濃縮，ChIP分析顯示在啟動子區域H3K4me2和H3K9ac的修飾發生變化，說明植物重複序列在脅迫下表達上調，並且染色質修飾參與了這一過程。表觀修飾酶類抑制劑如TSA、5-AC、OA、H89以及NaB可能通過增加活性氧的形成，抑制DNA拓撲異構酶基因表達的而引起細胞周期前期停滯。同時我們還發現組蛋白去乙醯化酶(HDACs)參與調節玉米糊粉層中活性氧(ROS)相關基因的表達並且是GA通過ROS介導玉米糊粉層程式性細胞死亡過程所需要的，並且證實組蛋白乙醯化能夠介導GA調控的45S rDNA染色質脫濃縮。通過研究表觀修飾動態變化與細胞周期的關係以及在逆境脅迫下對基因和串聯重複序列轉錄的影響，不僅擴展了植物表觀遺傳學的研究內容，也將加深人們對玉米作物基因組結構和功能尤其是大量的重複序列的認識以及作物抗性機理的了解，同時也為玉米基於重複序列和染色質修飾上的抗性改良奠定基礎。