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清华大学生命科学学院戚益军研究组在《发育细胞》期刊(Developmental Cell)发表论文,揭示植物AGO1促进基因转录的全新功能

2017年12月29号,清华大学生命科学学院戚益军研究组在《发育细胞》期刊(Developmental Cell)发表了题为《拟南芥ARGNAUTE1在植物响应激素和胁迫过程中结合染色质并促进基因表达》(Arabidopsis ARGONAUTE 1 Binds Chromatin to Promote Gene Transcription in Response to Hormones and Stresses)的研究论文,报道了拟南芥AGO1在植物响应不同内外源信号过程中促进基因转录的全新功能。

经典的RNA干扰是指真核生物中由小RNA诱发的基因沉默。小RNA由Dicer从双链或具茎环结构的前体RNA加工而来,随后被RNA干扰的核心效应蛋白ARGONAUTE(AGO)家族蛋白所结合。通过小RNA与靶序列的碱基互补配对,AGO蛋白识别并切割靶序列并或招募其他蛋白因子在转录水平或转录后水平抑制基因表达。

AGO1是拟南芥AGO蛋白家族的最重要成员。AGO1主要结合miRNA,在细胞质中通过切割靶mRNA或介导翻译抑制在转录后水平抑制靶基因表达。戚益军研究组之前研究发现AGO1也存在于细胞核中,这意味着AGO1可能在细胞核内也有重要功能。该研究通过AGO1染色质免疫共沉淀偶联高通量测序(ChIP-seq),鉴定得到940 AGO1结合区域,这些区域主要位于基因区。mRNA测序(RNA-seq)结果分析显示AGO1结合的基因比AGO1不结合的基因表达水平更高,并且在AGO1的缺失突变体中,这些基因的表达下降,说明结合于基因上的AGO1可促进基因表达。随后,通过新生RNA测序(GRO-seq)和Pol II ChIP-seq发现,AGO1在转录水平促进基因表达。进一步研究发现AGO1与SWI/SNF蛋白复合体互作,并且AGO1与靶基因的结合需要SWI/SNF蛋白复合体。为了探究AGO1与基因结合是否参与植物对激素和胁迫的响应,该研究检测了植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)、吲哚乙酸(IAA)、苯并噻二唑(BTH)、丁香假单胞杆菌鞭毛蛋白保守基序(flg22)及冷处理条件下AGO1在基因组的结合位点,发现AGO1可被诱发结合到响应特定刺激的基因上。最后,该研究发现AGO1对茉莉酸通路基因的激活及信号转导具有重要作用。

戚益军研究组的这一研究揭示了AGO蛋白具有异于经典RNA干扰而激活基因表达的重要功能,这一新功能在植物响应植物激素和环境胁迫过程中起到重要的调控作用。

清华大学生命科学学院博士后刘畅、辛颖和博士生徐乐为本文共同第一作者,戚益军为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金委和清华-北大生命科学联合中心资助。

 

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