《擬南芥Argonaute1在細胞核內調控基因表達的機制》是依託清華大學，由戚益軍擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥Argonaute1在細胞核內調控基因表達的機制
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：戚益軍
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Argonuate (AGO)家族蛋白作為RNAi通路中的效應蛋白，可特異性地結合各種小RNA，在轉錄或轉錄後水平調節基因表達。最近也有研究表明，一些AGO蛋白除了在典型的RNAi通路中的作用外，還可以通過其它機制調節基因表達。擬南芥AGO1主要在細胞質中結合miRNA並以切割靶mRNA的方式調節基因表達。然而，我們發現也有相當一部分AGO1蛋白位於細胞核中，這意味著AGO1可能還在細胞核內另有功能。用ChIP-seq的方法，我們發現AGO1可特異性地結合到1858染色質位點。其中部分靶基因的表達水平在ago1的突變體中有顯著的上升，這表明AGO1可以結合特定染色質靶位點，並調節基因表達。本項目擬在此發現的基礎上，深入研究擬南芥AGO1結合染色質並調節靶基因表達的作用機制。本項目的研究將有望揭示AGO1調節基因表達的新機制，拓寬和加深我們對植物AGO家族蛋白功能的認識。
結題摘要
Argonaute (AGO) 蛋白是真核生物中一類高度保守的蛋白。AGO蛋白通過結合小RNA從而形成RNA沉默複合體, 並在轉錄水平和轉錄後水平抑制基因表達。擬南芥中的AGO1蛋白主要結合miRNA, 在細胞質中通過切割靶基因mRNA或者抑制翻譯過程從而在轉錄後水平抑制基因表達。 在本項目的資助下，我們探索了細胞核AGO1在轉錄水平正調控靶基因表達的機制和生物學意義。我們發現AGO1存在於染色質組分中並在全基因組水平鑑定了940個AGO1染色質結合位點, 並且發現AGO1蛋白傾向於結合基因編碼區域。進一步的研究發現，AGO1蛋白可以正調控其結合基因的表達，並且這種調控發生在轉錄水平。AGO1缺失會導致其結合基因的轉錄速率下降，同時會導致RNA Pol II在其結合基因的富集能力下降。研究發現sRNA對AGO1與染色質的結合是必需的。我們還發現AGO1能與SWI/SNF染色質重塑複合體相互作用，並且SWI/SNF染色質重塑複合體對AGO1結合染色質並促進基因表達是必需的。通過基因功能富集分析發現, AGO1結合基因的功能顯著富集在回響內外環境刺激方面。為了深入研究AGO1結合刺激回響基因的生物學意義, 我們選取了茉莉素、生長素 、水楊酸三種激素、一種生物脅迫(flg22)以及一種非生物脅迫（低溫）作為刺激信號處理擬南芥, 並研究AGO1在這些刺激情況下的生物學功能。研究發現上述刺激均可以促進AGO1蛋白特異性地結合刺激回響基因。以JA信號通路為切入點, 進一步研究核內AGO1在某一特定信號通路中的功能。我們發現AGO1可以通過結合JA回響基因並激發其表達, 在JA信號通路中發揮重要作用。 綜上所述, 本研究發現了擬南芥AGO1在細胞核內促進基因轉錄的新功能, 並進一步揭示了細胞核AGO1調控基因轉錄的分子機制, 使人們對AGO1在傳統RNAi通路以外的功能有了更深入的理解。同時揭示AGO1可能通過結合染色質從而直接促進特定刺激回響基因轉錄，而在多個信號通路和相關生物學過程中發揮重要作用。 本項目已在Developmental Cell、Molecular Cell、Nature Plants、Molecular Plant和Plant Cell等國際重要刊物發表論文6篇。項目負責人獲2016年度國家自然科學二等獎和2017年度全國創新爭先獎狀。
