OsJMJ714在水稻側(cè)根發(fā)育中的功能分析.pdf

1、組蛋白賴氨酸甲基化是一種重要的表觀遺傳學(xué)修飾,在調(diào)控基因表達(dá)過(guò)程中起重要作用。在動(dòng)物中已經(jīng)證明JmjC蛋白具有組蛋白去甲基化酶活性,并且JmjC結(jié)構(gòu)域?yàn)檫@類蛋白的催化域。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)水稻中有20個(gè)含有Jmjc結(jié)構(gòu)域的蛋白,分為4個(gè)家族,其中Jmjc domainonly家族中的7個(gè)蛋白只含有JmjC結(jié)構(gòu)域。研究報(bào)道水稻OsJMJ760影響組蛋白去甲基化,在花器官的形成與發(fā)育過(guò)程中具有重要作用,而其他成員的功能尚不清楚。
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2、sJMJ714是JmjC domain only家族成員之一,其氨基酸序列的生物信息學(xué)分析結(jié)果表明OsJMJ714催化域的核心序列包含保守的Fe(Ⅱ)和αKG結(jié)合位點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上,我們?cè)谒倔w內(nèi)和體外組蛋白去甲基化實(shí)驗(yàn)中均證實(shí)OsJMJ714具有使組蛋白發(fā)生H3K9me1／2／3去甲基化修飾的組蛋白去甲基化酶活性。在轉(zhuǎn)錄水平上,我們通過(guò)熒光定量PCR分析了該基因在水稻苗期的表達(dá)特性。OsJMJ714基因在苗期不同組織的表達(dá)分析結(jié)果表明,

3、OsJMJ714基因在根中的表達(dá)高于地上部的表達(dá)。我們發(fā)現(xiàn)OsJMJ714基因的表達(dá)受不同濃度NaCl處理的誘導(dǎo)；而且隨著鹽處理時(shí)間增長(zhǎng),OsJMJ714基因表達(dá)量增強(qiáng)。這些結(jié)果暗示著OsJMJ714可能參與水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程以及鹽脅迫的應(yīng)答反應(yīng)過(guò)程。
　　 為了分析OsJMJ714在水稻中的生理功能,我們通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法創(chuàng)建了35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)OsJMJ714基因水稻材料。野生型和T2代轉(zhuǎn)基因種子同步萌發(fā)生長(zhǎng)三天后

4、,我們發(fā)現(xiàn)野生型水稻根系開(kāi)始形成大量側(cè)根,而轉(zhuǎn)基因水稻形成少量側(cè)根,表明在正常生長(zhǎng)條件下OsJMJ741的過(guò)表達(dá)延緩水稻側(cè)根的發(fā)生。
　　 擬南芥中已報(bào)道JMJC基因的突變導(dǎo)致基因組DNA甲基化模式發(fā)生改變。在此研究中,我們運(yùn)用甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性實(shí)驗(yàn)(MSAP)對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻和野生型水稻的基因組DNA甲基化模式比較分析,過(guò)表達(dá)OsJMJ714增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因水稻基因組DNA的甲基化水平。我們對(duì)MSAP實(shí)驗(yàn)中差異基因的表達(dá)進(jìn)行了分析,

5、我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)編碼no apical meristem(NAC)家族蛋白的基因(AK099237,AK068501)在過(guò)表達(dá)OsJMJ714水稻中的表達(dá)水平降低,另外,在轉(zhuǎn)基因水稻中DNA去甲基化基因(Os05g446000)表達(dá)較野生型中的表達(dá)降低。
　　 在水稻中,生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的生物合成、穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)運(yùn)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)均影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。我們發(fā)現(xiàn)不同濃度的NAA處理,能恢復(fù)轉(zhuǎn)基因水稻和野生型水稻間側(cè)根生長(zhǎng)發(fā)育的差異,同時(shí)用N

6、AA和NaCl處理,也能恢復(fù)轉(zhuǎn)基因水稻與野生型水稻小側(cè)根起始發(fā)育的差異,說(shuō)明OsJMJ714可能通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素水平來(lái)影響水稻側(cè)根的起始發(fā)生。另外不同濃度6-BA處理后,轉(zhuǎn)基因水稻和野生型水稻小側(cè)根發(fā)育均受到抑制,但轉(zhuǎn)基因水稻的小側(cè)根發(fā)育相對(duì)野生型來(lái)說(shuō)對(duì)細(xì)胞分裂素不敏感。我們進(jìn)一步對(duì)激素合成及其調(diào)控的相關(guān)基因的表達(dá)水平進(jìn)行了分析。結(jié)果表明OsJMJ714過(guò)表達(dá)導(dǎo)致水稻中生長(zhǎng)素合成關(guān)鍵基因OsYUCCAs、細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基OsIPTs和