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植物中AGO蛋白调控基因转录的全新功能丨新发现

BioArt 2018-11-08 14:54:52

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。那么AGO蛋白是否只有这一种调控基因表达的方式呢?

近日,清华大学生命科学学院和植物生物学研究中心戚益军研究组Developmental Cell发表了题为“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可以结合活跃转录的基因区域并促进其转录。AGO1结合特定基因需要这些基因区域产生的小RNA及SWI/SNF蛋白复合体的协助。更有意思的是,该研究发现包括植物激素,生物和非生物胁迫在内的各种刺激,可以诱发AGO1结合到响应特定刺激的基因上,并促进这些基因的表达。该研究揭示了AGO1促进基因转录的全新功能,AGO1这一功能很可能在植物响应不同内外源信号过程中起重要的调控作用。


论文详细解读


AGO1是拟南芥AGO蛋白家族的最主要成员。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基因表达。戚益军课题组之前研究发现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。该研究利用AGO1的特异抗体进行了AGO1染色质免疫共沉淀偶联高通量测序(AGO1 ChIP-seq),发现AGO1结合基因组上940个区域,这些区域主要位于基因区域。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能够促进基因表达。该研究随后用新生RNA测序(GRO-seq)和Pol II ChIP-seq的方法证明了结合于基因上的AGO1在转录水平通过帮助RNA聚合酶Pol II进行转录而促进基因表达。AGO1免疫共沉淀偶联小RNA深度测序(sRNA-seq)结果显示AGO1结合基因位点富集了由AGO1结合的小RNA,在dcl1突变体中,AGO1结合到基因上的能力减弱,同时,其靶基因的表达激活受到影响,说明AGO1与基因的结合需要小RNA。该研究进一步用质谱的方法鉴定了细胞核中AGO1的相互作用蛋白,发现AGO1与SWI/SNF蛋白复合体相互作用,并且AGO1与靶基因的结合需要SWI/SNF蛋白复合体。


为了探究AGO1与基因结合是否能响应植物激素及各种胁迫,该研究检测了在五种刺激条件下AGO1在基因组的结合位点,即植物激素茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA),吲哚乙酸(indoleacetic acid,IAA)或苯并噻二唑(benzothiadiazole,BTH)处理条件下,丁香假单胞杆菌鞭毛蛋白保守基序(flg22)处理条件下,及冷(cold)处理条件下AGO1在基因组的结合位点,发现AGO1能够被诱发结合到响应特定刺激的基因上。最后,该研究详细证明了AGO1对茉莉酸甲酯通路基因激活及因而发生的生物学事件即茉莉酸甲酯抑制根系生长具有重要作用。


据悉,清华大学生命科学学院和植物生物学研究中心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。


BioArt Plants注:总的来说,该工作改变了我们对于AGO蛋白主要生物学功能的简单认识。过去很长一段时间,研究人员一般认为AGO1蛋白主要通过结合miRNAs在转录后水平抑制基因的表达,然而戚益军研究组的这项工作表明AGO1能够直接通过与SWI/SNF染色质重塑复合体互作从而结合到染色质,然后在转录水平促进基因的表达。此外,该研究还发现了AGO1对于响应茉莉酸甲酯的重要生物学意义,是一项非常漂亮的工作!


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