PBJ | 美国农业部刘宗让课题组与西北农林等单位合作提出基因调控区DNA从头甲基化驱动因素的新见解 2024年8月8日 0条评论 254次阅读 0人点赞 顺式调控元件(CRE)决定靶基因的时空表达,影响植物表型和进化.在转基因中,启动子中的CRE易发生DNA甲基化,导致外源和内源转录沉默及引起基因表达失调.这种转基因引起的沉默或 DNA甲基化现象在CRE串联重复时更容易发生.这种结构依赖的DNA甲基化也常见于增强子/启动子重复、或转座子重复的植物基因组中.多年来导致转基因或重复排列基因/CRE易被甲基化的原因仍不清楚. 近日,《Plant Biotechnology Journal》杂志在线发表了来自美国农业部果树研究所USDA-ARS-AFRS刘宗让(Zongrang Liu)课题组与西北农林科技大学等单位合作的题为“Ectopic enhancer–enhancer interactions as causal forces driving RNA-directed DNA methylation in gene regulatory regions”的研究论文.这项研究揭示异位表达的顺式作用元件之间的互作 (ectopic CRE-CRE interactions) 是驱动基因调控区的DNA从头甲基化的根本原因. 在拟南芥植物,AGAMOUS (AG)基因决定雌雄器官的形成和发育.此基因的表达受第二个内含子中的增强子(AGe)调控.研究人员发现导入AGe片段能诱发转基因拟南芥花形态发生(flower mutant/Mf)变异.分析表明Mf植株的花中产生了大量 24-nt siRNAs,并且外源和内源AGe序列均高度甲基化.原位杂交分析显示,从stage 3阶段开始Mf植株雄蕊和心皮原基中的AGAMOUS基因转录丰度急剧降低.突变体转化实验表明,AGe转基因诱发的花形突变依赖于经典的RdDM 途径产生的内源和外源AGe区域的DNA甲基化.外源和内源AGe的共同作用导致了AGAMOUS基因的沉默,从而产生突变Mf表型.进一步分析显示外源AGe 自身转录生成反义ncRNAs, 这些ncRNAs 被RDR2及DCL3因子切割成24nt siRNAs,从而驱动RdDM 途径引起DNA从头甲基化 (Fig. 1;Fig, 4b) 先前的研究表明,CaMV35S增强子(35Se)能与许多增强子或启动子发生相互作用,并干扰这些元件的调控功能.为了探究35Se与CRE的互作是否涉及表观遗传学机制,研究人员将35Se片段置于AGe旁边并转入拟南芥.结果表明,转基因植株中AGe 区域的 ncRNA和siRNA显著增加,Mf的比例从40%增加到60% (Figure 2).然而,当把完整的CaMV35S启动子(35Sp)置于AGe序列上游时,无论AGe序列是正向还是反向,转基因植株中Mf的比例减少至5%.说明与35Se增强子激活的ncRNAs不同,35Sp启动子驱动的Pol II转录的RNAs不能产生24-nt siRNAs,也无法激活RdDM. 为了进一步证明35Se-AGe的互作,研究人员在SALK T-DNA 群体中找到13个在AGAMOUS基因附近插入35Se序列植系 (lines),发现其中2个在AGe上游3.5kb处插入35Se (T-35Se)的植系产生了花形突变or Mf表型(Fig. 3).分析发现这两个突变体的AGe区域有大量的ncRNA/siRNA表达,并且甲基化程度显著提高;然而其他区域几乎不存在ncRNA/siRNA,甲基化程度也很低.这些结果说明,插入35Se可以直接激活内源AGe区ncRNAs/siRNA的表达,从而导致RdDM和DNA从头甲基化 (Figure 4). 总之,以上研究说明拟南芥AGe的转基因沉默是由自身转录的ncRNAs激活RdDM引起的.本研究表明CRE-CRE或增强子-增强子互作可以触发ncRNA转录,导致RdDM和基因沉默 (Figure 4).外源基因经常插到某个内源CRE附近、基因组也存在携带CREs的增强子或转座子的串联重复现象,这些CREs之间,或与转基因CREs之间,不可避免的产生互作,极有可能激活RdDM和DNA从头甲基化.因此,本研究将为揭示转基因, 重复基因或CRE区发生高度甲基化的原因提供重要线索. Figure 4. Schematic illustration of ectopic CRE-CRE interaction-mediated activation of ncRNAs and RdDM in transgenic AGe (T-AGe) by the adjacent native CRE/N-CRE (b) or in the native AGe (N-AGe) by transgenic 35Se/T-35Se 西北农林科技大学杨亚州、重庆文理学院刘嘉、加拿大农业与农业食品部Stacy D. Singer、北京市农林科学院闫国华为论文共同第一作者.美国农业部果树研究所USDA-ARS-AFRS Zongrang Liu(刘宗让)为论文通讯作者. 原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14435 文章来源：植物生物技术Pbj < 上一篇 下一篇 > 发表回复 取消回复您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注 * *
