Curr Opin Plant Biol |曹晓风院士团队撰写综述,总结组蛋白甲基化在植物对温度响应中的作用

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eplants    2021-01-27    515

  近日,Current Opinion in Plant Biology 杂志发表了遗传与发育生物学研究所曹晓风院士团队的题为Histone methylation in epigenetic regulation and temperature responses的综述文章。在这篇综述中,总结了近年来在拟南芥中发现的组蛋白甲基化、去甲基化和识别的分子机制,以及组蛋白甲基化在环境温度响应中的作用。揭示组蛋白甲基化的动态及其在温度响应中的作用是从机制上洞察表观遗传图谱复杂性的重要踏脚石。

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  组蛋白在不同赖氨酸残基上的甲基化由不同的编写器酶动态添加,由阅读器蛋白(reader proteins)识别,并由去除修饰的酶(eraser enzymes)去除。这种表观遗传标记在植物发育和环境反应中具有广泛的、动态的作用。例如,组蛋白甲基化在调节植物对温度的反应中起着关键作用,包括开花时间的改变。在这篇综述中,总结了近年来在拟南芥中发现的组蛋白甲基化、去甲基化和识别的分子机制,以及组蛋白甲基化在环境温度响应中的作用。发现组蛋白甲基化的动态及其在温度响应中的作用是从机制上洞察表观遗传图谱复杂性的重要踏脚石。

  表观遗传调控,即在没有DNA序列改变的情况下基因表达的可遗传变化,涉及多种分子机制,包括DNA甲基化、组蛋白修饰、组蛋白变体、染色质重塑和非编码RNA[1]。核小体是染色质的基本亚基,由核心组蛋白组成的八聚体复合体组成,其中包含一个H3/H4四聚体和两个H2A/H2B二聚体,并包裹在基因组DNA上。组蛋白修饰是真核生物中最重要、最复杂的表观遗传调控机制之一。在这种表观遗传机制中,细胞酶对核心组蛋白进行各种翻译后修饰,包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、sumo化和糖基化。这些共价修饰及其互作,在染色质结构、DNA复制、重组、修复、转录调控和mRNA加工等染色质依赖的过程中发挥着不可或缺的作用,从而进一步影响各种生理和发育过程的多个方面。

  本文综述了近年来在拟南芥中发现的组蛋白甲基化、去甲基化和识别的分子机制,以及组蛋白甲基化在环境温度响应中的作用。发现组蛋白甲基化的动态及其在温度响应中的作用是从机制上洞察表观遗传图谱复杂性的重要踏脚石。

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  组蛋白甲基化在温度反应中的作用

  (a)温暖的环境温度导致SDG8和SDG26在开花相关基因上沉积H3K36me3,调节温度诱导的选择性剪接(AS)和依赖温度的开花时间控制。温暖的环境温度诱导JMJ13和JMJ30去除H3K27me3,抑制开花。温暖的环境温度也会影响生长素生物合成和响应基因的组蛋白甲基化水平,从而导致温度诱导的下胚轴伸长。

  (b)热胁迫诱导HSFA2,HSFA2与REF6形成一个可遗传的反馈环,激活开花的跨代温度记忆。热应激诱导的HSFA2还促进H3K4me3在热记忆基因的沉积。

  (c)  在春化过程中,H3K4me3和H3K36me3从FLC位点被移除,而H3K27me3被PRC2沉积以抑制FLC的表达。

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