有關(guān)擬南芥高溫記憶的表觀遺傳機制研究取得重要進展

2019年2月20日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所何祖華研究組與中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所曹曉風研究組合作研究，揭示了一個正向反饋循環(huán)途徑維持植物對高溫的傳代記憶的新機制。

通過生物化學、分子生物學和遺傳學相結(jié)合的方法，該研究鑒定出一個F-box泛素連接酶SGIP1（SGS3-INTERACTING PROTEIN1） 參與降解SGS3蛋白。高溫對SGIP1的上調(diào)表達同樣具有傳代記憶。對傳代記憶機制的深入研究結(jié)果表明，高溫能激活熱激轉(zhuǎn)錄因子HEAT SHOCK TRANSCRIPTION FACTOR A2 (HSFA2)。HSFA2一方面能直接結(jié)合SGIP1啟動子上的熱激轉(zhuǎn)錄元件從而激活SGIP1的表達，進而通過降解SGS3蛋白抑制ta-siRNAs的產(chǎn)生，另一方面能直接結(jié)合H3K27me3去甲基化酶RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6（REF6）和染色質(zhì)重塑因子BRAHMA（BRM）啟動子上的熱激轉(zhuǎn)錄元件從而激活REF6和BRM的表達。REF6和BRM的上調(diào)表達能反過來降低HSFA2位點上的H3K27me3修飾水平，從而降低H3K27me3對HSFA2轉(zhuǎn)錄的抑制作用；因此，REF6和HSFA2能形成一個正向反饋循環(huán)途徑維持植物對高溫的傳代記憶。REF6-HSFA2反饋循環(huán)和ta-siRNAs含量的下降共同作用，上調(diào)了REF6/BRM/HSFA2和ta-siRNAs的共同靶標HEAT-INDUCED TAS1 TARGET 5 （HTT5）的表達，導致植物的早開花和感病性增加的表型。該研究揭示了一個由組蛋白去甲基化酶、染色質(zhì)重塑因子、轉(zhuǎn)錄因子、泛素連接酶和小分子RNAs共同組成的復雜的表觀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與植物對高溫的傳代記憶，促使植物提前開花同時以低抗病性為代價來保證植物能順利繁衍和適應(yīng)高溫逆境。