论文部分内容阅读
本论文包括染色质变构因子DDM1调节RPP7基因表达的机制和草坪草ABA受体的研究两部分内容，并分别取得以下成果: （一）包括植物在内的高等真核生物基因组中，转座因子和一些序列重复元件占有很大比例，并在生物的进化过程中发挥着重要作用。然而，为了维持生物体基因组的完整性和稳定性，这些转座子往往被DNA甲基化或组蛋白修饰使所在区域形成异染色质区域而被沉默。在拟南芥中，大量转座子存在于基因的转录区中，且其DNA序列中的胞嘧啶在CG和非CG位点都处于高度甲基化状态，而这种甲基化状态能被一个染色质变构因子(DDM1)的突变所中止，因此，DDM1蛋白对维持转座子区域DNA的胞嘧啶甲基化状态具有关键作用。对拟南芥全基因组甲基化和RNA-seq的数据分析发现，在ddm1突变体中，一些毗邻或包含DNA重复序列的基因，当相应的转座子或重复序列DNA甲基化缺失时，本身的表达也会发生紊乱。在本论文中，我们的实验结果显示，拟南芥抗病基因RPP7转录区中被甲基化的长转座子COPIA-R7甲基化水平的降低，会导致RPP7基因转录本水平的显著降低。后续实验结果表明，ddm1突变体中RPP7转录本水平的降低是由于ddm1突变体中RPP7转录本的提前3端多聚腺苷酸化所造成的。 基因中DNA甲基化经常被作为一种保守的抑制基因转录的标志。而在本研究中所提到的，依赖于转座子区域DNA的甲基化状态而影响可变性多聚腺苷酸化，从而影响宿主基因全长转录的却鲜有报道。如之前的报道所述，抗沉默因子蛋白EDM2也能够促进RPP7基因全长的转录。本论文中，通过实验证实DDM1介导的转座子甲基化对于其宿主基因转录的调节是通过EDM2蛋白的功能来实现的。通过对RPP7等含有转座子的宿主基因转录机理的研究，有助于更好的了解表观遗传修饰与基因转录以及转录后修饰之间的关系，为进一步揭示转录复合体的工作机理和阐明生物体如何克服基因内部异染色质区域的不利影响而促进基因正确的转录奠定了基础。 （二）草坪草是被广泛栽种的重要植被，并且在社会和环境等多方面都发挥着重要的功能，如住宅区草坪，运动场地使用，公共场所装饰，以及环境方面的如水土流失控制，空气净化以及可以影响人们的健康问题等。因此草坪草在生态、社会以及经济等各方面都具有重要的研究价值。然而草坪草作为固着性生长的植物，时刻遭受着来自于环境的各种生物和非生物胁迫。因此，对于草坪草的管理具有极大的挑战。因为很多物种的草坪草对于干旱是不耐受而敏感的，所以干旱是影响草坪草生长和维护一个最重要的因素，据报道，每年因灌溉用水而需要花费极其高昂的代价。 植物中，脱落酸(ABA)是一种能够调节植物对于各种外界环境响应、以及生理和发育过程的植物激素。ABA能够通过调控气孔关闭等减少植物中水分的蒸腾，进而提高植物在于旱环境下的生存能力。因而关于ABA及其信号通路的研究一直是植物学领域的一个研究热点。为了最终可以实现提高草坪草抗旱能力的目标，在本论文中首次鉴定和描述了能够响应ABA信号途径和干旱过程的几个候选草坪草ABA受体基因。并通过晶体结构和体内体外生化功能的研究，进一步确认和研究了一个高羊茅属的ABA受体，即FePYR1。在本研究中，发现，FePYR1在溶液中能够以单体的形式结合ABA，并类似于已报道的拟南芥ABA受体，FePYR1也是以“门-闩-锁”的机制识别并结合ABA分子的。实验证明FePYR1蛋白中结合ABA的口袋上氨基酸残基的差异会影响其ABA亲和力的改变。通过对受体蛋白结构的分析，发现改变FePYR1蛋白质的氨基酸残基可使其极大地提高ABA亲和力。另外，在拟南芥中过表达FePYR1能够显著提高拟南芥的抗旱能力，暗示FePYR1有利于提高植物对干旱的耐受能力。 本研究为草坪草中ABA受体FePYR1的研究提供了详细信息，并证明了结构生物学辅助的更优化的ABA受体的设计能够提高ABA的结合力和增加植物甚至农作物的抗旱性。同时，蛋白结构的研究也有助于将来设计ABA受体特异的小分子以期应用来增加植物尤其经济作物的抗旱性。