水稻组蛋白H3K36甲基转移酶SDG725调控植物生长发育的功能研究

论文摘要

组蛋白H3K36甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,主要与基因转录活化相关,在生物生长发育过程中发挥重要作用。双子叶模式植物拟南芥中的研究发现H3K36甲基化修饰影响植物开花、生殖、抗逆、株型等,但是在单子叶模式植物及重要的粮食作物水稻中,有关组蛋白H3K36甲基化修饰的研究很少。本研究首次报导了水稻H3K36甲基转移酶的功能。体外活性实验表明水稻SDG725具有专一性组蛋白H3K36甲基转移酶活性,绿色荧光蛋白标记的SDG725蛋白定位在细胞核内。为了研究SDG725在植物体内的生物学功能,采用RNAi干扰和人工microRNA两种方法构建了SDG725表达量下调的突变体,两种突变体都呈现出植株矮化、叶夹角变小、种子变小等表型,与水稻中BR缺失突变体的表型类似；此外,在长短日照条件下,sdg725突变体都表现出明显的晚开花表型。通过定量PCR的方法检测突变体背景下油菜素内酯相关基因的表达情况,发现BR合成和传导途径的一些重要基因如D11、BRI1和BUl的表达水平降低。细胞大小、体外激素处理等分析进一步证明了sdg725突变体体内油菜素内酯激素信号明显不足。检测sdg725突变体中开花相关基因的表达水平,发现一些促进开花的基因如Hd3a、RFT1等表达水平下降,抑制开花的基因如Ehd7等表达水平上升,与突变体的晚花表型吻合。染色质免疫沉淀分析发现在sdg725突变体中,BR和开花相关基因染色质区域上组蛋白H3K36的二、三甲基化修饰水平显著下降。本研究报道了水稻中H3K36甲基转移酶SDG725的功能,探讨了H3K36甲基化修饰对水稻激素、开花等方面的重要调控作用,为水稻理想株型的分子育种工作提供了了理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 综述
• 1 表观遗传学概述
• 2 植物组蛋白甲基化修饰
• 2.1 H3K4甲基化修饰和TrX蛋白家族
• 2.2 H3K36甲基化修饰和ASH1蛋白家族
• 2.3 H3K9甲基化修饰和SU（VAR）家族
• 2.4 H3K27甲基化修饰和E（Z）家族
• 2.5 组蛋白去甲基化
• 2.6 甲基化识别蛋白
• 3 表观遗传学对植物开花时间和油菜素内酯信号通路的调控
• 3.1 表观遗传学对植物开花时间的调控
• 3.2 油菜素内酯通路简介及其与表观遗传学之间的联系
• 3.2.1 油菜素内酯简介
• 3.2.2 BR激素受体
• 3.2.3 BR信号的细胞外传递
• 3.2.4 BR信号的跨膜传递
• 3.2.5 BR信号细胞内的传递和放大
• 3.2.6 BR信号对下游基因的激活
• 3.2.7 表观遗传学对于油菜素内酯途径的调控
• 第一部分 材料与方法
• 1. 实验材料
• 2. 植物培养
• 3. 分子克隆基本实验
• 4. 各种PCR反应
• 5. ToplO细菌感受态制备及转化
• 6. GV3101农杆菌电击感受态制备及转化
• 7. 质粒小量提取（喊法）
• 8. 植物基因组DNA抽提
• 9. 植物RNA抽提和反转录PCR
• 10. 水稻转基因
• 11. 蛋白原核表达和纯化
• 12. 染色质免疫共沉淀（Chip）
• 13. Western 杂交
• 14. 石蜡切片
• 15. 组蛋白甲基转移酶活性的测定
• 引物列表
• 第二部分 实验结果
• 1 水稻ASH1家族蛋白的进化分析
• 2 SDG725蛋白的亚细胞定位
• 3 SDG725蛋白体外甲基化酶活性的检测
• 4 SDG725突变体的构建和表型分析
• 5 725Ri体内H3K36甲基化水平的检测
• 6 SDG725蛋白对水稻生长发育的调控
• 6.1 H3K36甲基化修饰对油菜素内酯通路基因的调控研究
• 6.1.1 油菜素内酯通路基因转录水平的检测
• 6.1.2 叶夹角实验和细胞形态观察
• 6.1.3 BR相关基因染色质区段上H3K36甲基化水平的检测
• 6.1.4 SDG725蛋白在BR相关基因上相对富集程度的检测
• 6.2 组蛋白H3K36甲基化在植物开花过程中的功能
• 6.2.1 sdg725突变体在长短日照情况下据显示出晚花表型
• 6.2.2 sdg725突变体背景下开花调控基因表达水平的检测
• 6.2.3 开花相关基因染色质区域H3K36甲基化水平的检测
• 6.2.4 开花相关基因染色质区域H3K4甲基化水平的检测
• 6.2.5 开花相关基因染色质区域SDG725蛋白富集程度的检测
• 第三部分 讨论
• 参考文献
• 论文发表和专利
• 致谢