《水稻全基因組啟動子序列分離及其組蛋白修飾特徵分析》是張文利為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻全基因組啟動子序列分離及其組蛋白修飾特徵分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文利
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
啟動子是基因表達調控的必要元件。植物啟動子在全基因組水平的鑑定及其結構與功能分析，不僅對闡述與基因表達調控相關的基本理論問題具有重要的參考價值，而且為植物基因工程中啟動子的選擇與人工改造提供理論依據。本項目首先運用DNase-seq同時結合mRNA-seq, 在全基因組水平上鑑定水稻幼苗、幼根、幼穗及愈傷等四種組織的組成型、雙向及組織特異性啟動子，全面分析其結構與功能的內在聯繫；其次，結合組蛋白修飾的ChIP-seq數據，探討啟動子周圍核小體的組蛋白修飾特徵與基因表達的關係；最後，選取部分具有DNaseI印跡的各類啟動子進行轉基因驗證。預期研究成果將有助於我們了解啟動子的DNA序列結構及組蛋白修飾與基因高效或特異表達的關係，深化人們在啟動子水平對基因表達調控的機制的認識。同時，也有利於水稻轉基因工程與分子育種中對特異啟動子的選擇與利用。
結題摘要
真核生物基因組中，組成型和組織特異型基因表達受多種因素調控，但相關機理性研究目前還不夠深入。本項目擬從基因表達的關鍵調控元件-啟動子角度來解析兩種基因表達的遺傳學以及表觀分子結構基礎。本項目以水稻幼苗、幼根、愈傷及幼穗等組織為研究對象，運用RNA-seq, ChIP-seq和DNase-seq三種表觀基因組學手段，通過鑑定組成型和四種組織特異型表達基因，同時結合DH位點來確定其啟動子區。然後，在全基因組水平對三組表觀基因組學數據進行了綜合分析。結果表明，在TSS上游1kb內只有一個DH位點的基因中，高表達基因的啟動子區主要含有C(G/T/A)CC(G/A)CCGCC基序，而低表達基因則主要含有AAAAAAAA基序。相比之下， 在TSS上游1kb以內有兩個DH位點的基因中，高表達基因的啟動子區主要含有TTTTTT基序，而低表達基因的啟動子區則主要含有GGCGCGG基序。另外，AAAAAA(G/A)AAA基序主要在幼苗和愈傷中特異表達基因的啟動子區，而幼穗和幼根中特異表達基因的啟動子區分別有TT(T/C)TTTTTTT和AAAAAAAAG基序。並且上述每種基序均存在明顯的DNaseI印跡，從而證明相應基序均存在的可能性。另一方面，組蛋白修飾分析結果表明，組織特異型基因中，同一組蛋白修飾在不同表達水平的基因間存在明顯差異，組蛋白修飾在高表達基因啟動子區的100bp區域有明顯富集，但富集於低表達基因啟動子區的200bp區域。相比之下，在組成型基因中，同一種組蛋白修飾分別富集於高表達基因啟動子區的350bp區域和低表達基因啟動子區的250bp區域。總之，本項目的實施有助於揭示啟動子高效或組織差異表達與其遺傳學結構特徵及組蛋白修飾等表觀特徵存在一定的內在關係，從而深化人們在啟動子水平對基因表達調控的機制的認識。最後，通過原生質體瞬時轉化以及根和花活體轉化，驗證了部分具有功能的組成型啟動子、各種組織特異型啟動子和雙向啟動子。這將為植物基因工程提供了豐富的候選啟動子元件，另一方面，將為植物人工啟動子構建與套用提供理論依據，從而有利於農作物新品種的培育。
