论文摘要
组蛋白赖氨酸甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在调控基因表达过程中起重要作用。在动物中已经证明JmjC蛋白具有组蛋白去甲基化酶活性,并且JmjC结构域为这类蛋白的催化域。进化分析发现水稻中有20个含有JmjC结构域的蛋白,分为4个家族,其中JmjC domain only家族中的7个蛋白只含有JmjC结构域。研究报道水稻OsJMJ760影响组蛋白去甲基化,在花器官的形成与发育过程中具有重要作用,而其他成员的功能尚不清楚。OsJMJ714是JmjC domain only家族成员之一,其氨基酸序列的生物信息学分析结果表明OsJMJ714催化域的核心序列包含保守的Fe（II）和αKG结合位点;在此基础上,我们在水稻体内和体外组蛋白去甲基化实验中均证实OsJMJ714具有使组蛋白发生H3K9me1/2/3去甲基化修饰的组蛋白去甲基化酶活性。在转录水平上,我们通过荧光定量PCR分析了该基因在水稻苗期的表达特性。OsJMJ714基因在苗期不同组织的表达分析结果表明, OsJMJ714基因在根中的表达高于地上部的表达。我们发现OsJMJ714基因的表达受不同浓度NaCl处理的诱导;而且随着盐处理时间增长, OsJMJ714基因表达量增强。这些结果暗示着OsJMJ714可能参与水稻根系生长发育过程以及盐胁迫的应答反应过程。为了分析OsJMJ714在水稻中的生理功能,我们通过农杆菌介导的转化方法创建了35S启动子驱动的转OsJMJ714基因水稻材料。野生型和T2代转基因种子同步萌发生长三天后,我们发现野生型水稻根系开始形成大量侧根,而转基因水稻形成少量侧根,表明在正常生长条件下OsJMJ741的过表达延缓水稻侧根的发生。拟南芥中已报道JMJC基因的突变导致基因组DNA甲基化模式发生改变。在此研究中,我们运用甲基化敏感扩增多态性实验（MSAP）对转基因水稻和野生型水稻的基因组DNA甲基化模式比较分析,过表达OsJMJ714增强了转基因水稻基因组DNA的甲基化水平。我们对MSAP实验中差异基因的表达进行了分析,我们发现两个编码no apical meristem （NAC）家族蛋白的基因（AK099237,AK068501）在过表达OsJMJ714水稻中的表达水平降低,另外,在转基因水稻中DNA去甲基化基因（Os05g446000）表达较野生型中的表达降低。在水稻中,生长素和细胞分裂素的生物合成、稳态、转运和信号转导均影响根系的生长发育进程。我们发现不同浓度的NAA处理,能恢复转基因水稻和野生型水稻间侧根生长发育的差异,同时用NAA和NaCl处理,也能恢复转基因水稻与野生型水稻小侧根起始发育的差异,说明OsJMJ714可能通过调控生长素水平来影响水稻侧根的起始发生。另外不同浓度6-BA处理后,转基因水稻和野生型水稻小侧根发育均受到抑制,但转基因水稻的小侧根发育相对野生型来说对细胞分裂素不敏感。我们进一步对激素合成及其调控的相关基因的表达水平进行了分析。结果表明OsJMJ714过表达导致水稻中生长素合成关键基因OsYUCCAs、细胞分裂素合成关键基OsIPTs和细胞分裂素途径中关键基因OsRRs表达降低,进而影响转基因水稻根系的生长发育进程。综上所述,我们推测OsJMJ714可能通过影响组蛋白H3K9甲基化水平和基因组DNA甲基化修饰,从而影响如NAC家族基因、DNA去甲基化相关基因、激素合成关键基因OsYUCCAs、OsIPTs以及细胞分裂素途径中关键基因OsRRs的表达,最终影响水稻根系的生长发育进程。
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标签：蛋白论文; 组蛋白去甲基化修饰论文; 水稻根系论文;