四川师范大学曾子贤/朱博团队联合美国密歇根州立大学蒋继明教授揭示拟南芥中低温诱导的二价组蛋白修饰富集和核小体密度降低
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阅读： 2024/1/24 17:09:31
近日，The Plant Journal在线发表了四川师范大学生命科学学院、植物功能基因组及生物信息学研究中心曾子贤/朱博教授团队和美国密歇根州立大学蒋继明教授合作的题为 “Cold-induced deposition of bivalent H3K4me3-H3K27me3 modifications and depletion of nucleosome in Arabidopsis”的研究论文。该研究通过re-ChIP和ChIP-seq等方法，联合开放染色体质数据，从全基因组层面鉴定拟南芥低温诱导产生的二价组蛋白修饰，并利用clf28、lhp1和atx1-2等突变体，联合解析低温诱导二价组蛋白修饰染色质的产生及核小体密度降低现象的分子机制。
组蛋白修饰对真核生物基因表达起重要调控作用。H3K4me3 和 H3K27me3 在同一核小体上的修饰模式被称为“二价组蛋白修饰（bivalent histone modification）”。由H3K4me3和H3K27me3标记的二价染色质首次在小鼠胚胎干细胞（ESCs）中被发现[1, 2]。在哺乳动物系统中，H3K4me3-H3K27me3二价染色质主要与ESCs中谱系特异性基因的启动子重叠，这些启动子相关基因通常处于较低表达水平，以维持ESCs的全能性[1, 2]。2019年，曾子贤等在植物全基因组范围中，发现了较大数量低温诱导H3K4me3-H3K27me3二价染色质区域[3]。该研究描述了马铃薯块茎中低温诱导的H3K4me3-H3K27me3修饰的沉积，为二价组蛋白修饰在植物中潜在的作用提供了线索。CLF是H3K27me3的主要甲基转移酶，介导H3K27的三甲基化；定位于H3K27me3上的还有LHP，负责H3K27me3修饰从转录起始位点向基因区的富集，同时LHP1还参与了染色质组装和拓扑结构改变；此外，ATX1主要负责H3K4的三甲基化。由于马铃薯中相关突变体的缺乏，导致这三个关键酶是如何参与二价染色质形成的分子机制尚不清楚。因此，本研究在全基因组水平上鉴定了拟南芥低温诱导产生的二价染色质区域，并利用clf28、lhp1和atx1-2等突变体，联合解析二价染色质形成的潜在分子调控机制。结果表明，与哺乳动物中二价H3K4me3-H3K27me3修饰抑制基因表达现象不同，低温诱导的拟南芥中该类二价组蛋白修饰富集于活性基因上，并伴随核小体密度的降低。低温诱导的二价H3K4me3-H3K27me3组蛋白修饰中，H3K27me3的富集与CLF的调控相关。同时，LHP1辅助了H3K27me3在基因内的富集。低温诱导的二价组蛋白修饰中H3K4me3的富集与ATX1调控密切相关。此外本研究还发现，低温诱导的核小体密度下降可能是由LHP1以H3K27me3依赖的方式所调控。
A) Deposition of bivalent H3K4me3-H3K27me3 mark as response to cold stress;
B) The up-regulated bivalent genes were mainly enriched in stress responses;
C) Bivalent mark might provide unique and more accessible chromatin in response to cold stress.
四川师范大学曾子贤教授、朱博教授和美国密歇根州立大学蒋继明教授为共同通讯作者；四川师范大学研究生王豪和尹畅为共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅国际合作项目及西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放课题支持。 团队简介：
曾子贤、朱博教授团队主要以马铃薯、麦类为研究对象，以多组学为研究手段，从事重要功能基因克隆及其顺式调控元件鉴定、应用以及表观调控，揭示作物生长发育及非生物胁迫的分子应答机制，着力实现以顺式调控元件为靶点的精准分子设计育种。
原文链接：http://doi.org/10.1111/tpj.16624
参考文献
[1] AZUARA V, PERRY P, SAUER S, et al. Chromatin signatures of pluripotent cell lines[J]. Nature cell biology, 2006, 8(5): 532-538.
[2] BERNSTEIN B E, MIKKELSEN T S, XIE X, et al. A bivalent chromatin structure marks key developmental genes in embryonic stem cells[J]. Cell, 2006, 125(2): 315-326.
[3] ZENG Z, ZHANG W, MARAND A P, et al. Cold stress induces enhanced chromatin accessibility and bivalent histone modifications H3K4me3 and H3K27me3 of active genes in potato[J]. Genome Biol, 2019, 20(1): 123.
转自：“iPlants”微信公众号
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