染色质重塑和高等植物开花时间控制

染色质的结构和组成直接影响转录因子与基因启动子的结合,并最终导致基因的活化或沉默。多年来在酵母和动物等领域的研究已经证实,起关键调节作用的转录因子表达模式的建立和维持需要染色质重塑。外界和细胞内部信号介导的染色质重塑调控基因的表达,并最终调控细胞的分化和生物个体的发育。近几年人们发现高等植物也存在与动物和酵母同源的参与染色质重塑的蛋白质因子。最近的研究结果表明,决定高等植物开花时间关键基因的表达调控就是通过外界信号影响其染色质结构实现的。     

细胞命运转化中的染色质重塑及其表观遗传调控机制

染色质重塑是重要的表观遗传调控机制,参与调控许多重要生物过程,但细胞命运转化中染色质变化模式及其调控机制并不清楚。围绕这一问题,江赐忠和高绍荣实验室研究了小鼠体细胞重编程及人胚胎干细胞(ESC)定向分化成神经外胚层细胞(NEC)中染色质重塑及其作用机制,取得一系列前沿性进展:揭示体细胞重编程中发生精确的核小体重塑,使之获得与ESC没有差别的染色质结构;绘制体细胞重编程中核心全能性转录因子Oct4的动态结合靶点与关键组蛋白修饰变化的分子路线图,及其两者互作对全能性获得与维持的调控机制;发现人ESC向NEC分化中,紧挨转录起始位点上游的核小体缺失区发生核小体丢失,激活NEC相关基因,组蛋白乙酰基转移酶KAT2B增加H3K9ac信号来招募转录因子Sox2结合到NEC特异靶点激活靶点基因,促进NEC分化。这些成果极大提高人们对细胞命运转化中染色质重塑及其表观遗传调控机制的认识。     

C类花器官特征基因AGAMOUS(AG)调控植物花分生组织维持与终止研究进展

花分生组织的维持与终止在植物花器官发生和世代交替起着至关重要的作用。成功的花分生组织决定能够确保植物正常的生殖发育和生命周期进程。诸多研究表明AGAMOUS(AG)基因作为花器官分化和开花决定的主效调节因子,能够协调花发育过程中多种细胞命运决定。然而,关于AG参与调控植物世代交替及花分生组织维持与终止的分子调控机制尚不清晰。综述了近年来AG基因参与调控植物花分生组织维持与终止的研究进展及现状,以期为深入研究植物花器官分化过程中干细胞的维持和终止,以及干细胞活动与其他发育过程之间的分子调控过程提供参考。     

多肽-受体激酶信号维持顶端分生组织稳态的分子机制

植物在一生的发育过程中不断进行着新器官的产生和既有器官的伸长,例如,叶、侧枝、花等器官的产生和根、茎的伸长,这一切都取决于其分生组织中干细胞的活动及由此产生的细胞命运决定.植物顶端分生组织的维持有着精细的调控网络,复杂的胞间信号转导保证了细胞分裂与分化之间的平衡.过去二十多年的研究表明,多肽和受体激酶在维持植物顶端分生组织的过程中起着至关重要的调控作用.本文整理了有关多肽和受体激酶维持顶端分生组织稳态的最新研究进展,梳理了这些已知调控元件之间的关系,并提出了可能存在的工作模式以及未来完善这些信号网络的研究方向.     

被子植物的早期胚胎形态建成

被子植物早期胚胎形态建成是其有性生殖过程中一个重要发育阶段。在这一阶段中,被子植物形体基本特征形成,包括顶-基轴极性建立、不同细胞层分化以及分生组织形成。合子极性直接与顶基细胞命运相关,但其极性产生机理仍然不明。研究表明,WOX家族转录因子、生长素定向运输以及生长素响应应答可能参与了早期顶-基模型建成;辐射对称模型的建立可能由细胞与细胞间相互作用来介导;生长素流可能参与胚胎顶端组织形成。该文对近年来被子植物早期胚胎形态建成过程中的合子极性建立与生长、合子分裂及其顶基细胞的形成、胚根原特化及根极的形成、辐射对称模式及表皮原特化、顶端分生组织特化及子叶起始等方面的研究进展进行了综述。     

Osa在果蝇卵巢生殖干细胞分化中的功能研究

果蝇卵巢生殖干细胞(Germline stem cell,GSC)是在活体(in vivo)研究干细胞命运调控的理想平台。表观遗传机制在果蝇卵巢GSC命运调控中发挥重要作用,其机理的探明需要研究并发现更多参与此过程的表观调控因子。为探究果蝇染色质重塑复合物BAP中特有的亚基Osa在果蝇卵巢GSC分化调控中的功能及其分子机理,利用GAL4/UAS二元表达系统结合RNAi技术在干细胞微环境组分护卫细胞(Escort cells,ECs)中特异性下调osa的表达,并通过免疫荧光染色法对相关指标进行检测。结果显示,敲减ECs中osa可致卵巢组织卵原区中未分化生殖细胞数目(Undifferentiated germ cells,UGCs)显著增多,同时BMP信号通路激活标志p Mad、Dad-lacZ阳性细胞数目显著增多,并观察到EC细胞形态异常,不能有效包裹生殖系细胞。推论Osa以BMP信号通路依赖方式参与果蝇卵巢GSC的分化调控,其作用机理还可能涉及EC细胞特定的形态学过程。     

茎顶端分生组织在植物发育过程中的保持、转变和逆转

顶端分生组织(shoot apical meristems,SAM)为产生新的器官和组织而不断提供新的细胞,它的活性依赖于平衡分生组织细胞的增殖和器官发生之间关系的调控基因.来自不具备光合能力的顶端分生组织的细胞可形成具有光合能力的营养器官.在从营养生长到生殖发育的转变过程中,茎顶端分生组织,转变为花序分生组织,最终形成花分生组织.在进入开花决定状态以前,SAM的状态很大程度上受到环境信号和转录调控因子的影响.以模式植物拟南芥为主,对在顶端分生组织的保持和转变中复杂同时又有差异的基因调控网络进行讨论.在花和花序分生组织逆转过程中,SAM中的细胞也受到相关基因的调控,且表达方式存在明显的时空差异.因此,具有决定性的和未决定性双重特性的分生组织之间的转变和相互协调,对于器官发生和形态建成起到至关重要的作用.     

植物干细胞功能的分子调控研究进展

植物干细胞是植物体内具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体,主要位于植物体茎尖分生组织、根尖分生组织和维管形成层中.它们既可以通过细胞分裂维持自身细胞群体的大小,也可以分化成为各种不同的组织器官.维持干细胞的分裂与分化之间的平衡,是植物通过纵向伸长生长和径向增粗生长不断积累生物量的基础,这一过程受基因、microRNAs(miRNAs)及植物激素等因子共同调控.本文概述了近年来植物干细胞调控植物生长发育的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

生长素与植物根尖干细胞巢的维持

干细胞巢的维持与后代细胞的分化是多细胞高等生物个体发育的基础。生长素对植物茎尖和根尖分生组织的形态建成, 尤其是对位于植物这2个末端的分生组织中心的干细胞巢的活性维持起着至关重要的作用。该文综述了近几年在植物根尖干细胞发育领域的研究进展, 主要阐释了PLT蛋白途径、SCR-SHR蛋白途径以及环境因子多信号调控模块维持植物根尖分生组织中干细胞巢稳定的机制, 揭示了生长素可以通过就近合成、极性运输以及信号转导3种方式参与这些信号模块的调控, 从而维持生长素在根尖静止中心细胞附近干细胞巢的浓度梯度, 精确地平衡植物干细胞巢中细胞的增殖与分化。     

WOX蛋白家族调控干细胞发育分子机制的研究进展

WOX蛋白家族是植物特有的一类转录因子家族, 是植物胚胎建成、干细胞维持和器官发生等发育过程中的重要调控因子。越来越多的研究表明, 作为干细胞维持的关键因子之一, WOX蛋白家族通过相似或特异的调控网络参与植物初生分生组织(茎尖和根尖分生组织)和次生分生组织(维管分生组织)等各级干细胞的维持和分化。该文综述了近年来WOX蛋白家族调控干细胞发育分子机制的研究进展, 并对其在单、双子叶植物中功能的保守性进行了比较和分析。     

人胚胎干细胞自我更新特性维持的表观–代谢调控新机制

染色质地貌和细胞代谢对细胞命运决定有着重要的作用,但人们对它们之间的互相作用却了解甚少。我们运用基因组范围的si RNA筛选,发现PHB对于维持人胚胎干细胞的自我更新具有重要的作用。其具体机制如下:PHB可以和H3.3的伴侣蛋白HIRA形成蛋白复合体;与PHB相似的是,HIRA对人胚胎干细胞特性的维持也起着重要的作用;特别是PHB和HIRA对异柠檬酸脱氢酶启动子区域染色质结构的调节,调控着对胚胎干细胞命运有着重要作用的代谢产物—α-酮戊二酸的产生。我们的研究揭示了在人胚胎干细胞的细胞核中,PHB通过与HIRA复合体相互作用参与维持正常染色质的结构和重要代谢产物的生成,进而使人胚胎干细胞处于自我更新状态。     

生物大分子“液–液相分离”调控染色质三维空间结构和功能

生物大分子的相分离聚集(简称相分离)是驱动细胞内无膜细胞器形成的主要机制,参与众多生物学过程并和多种人类疾病密切相关,如神经退行性疾病等。近年来,研究人员围绕相分离现象的分子机制和生物学功能,发现了相分离与信号传导、染色质结构、基因表达、转录调控等一系列生物学过程存在紧密关联,为理解细胞命运决定和疾病发生提供了新的视角,为疾病治疗和新药研发开辟了新的可能途径。本文在回顾了相分离研究的发展过程、相分离现象在生物学中的应用,以及相分离与疾病的关系的基础上,重点分析了近年来相分离与染色质结构关联方面的研究突破,包括相分离如何感知并重塑染色质结构、超级增强子如何通过相分离调节基因表达、共转录激活因子如何通过相分离参与基因表达调控等,以期为进一步理解相分离与染色质空间结构的关系提供参考。     

染色质构象与基因功能

在真核细胞中,DNA序列以染色质为载体,高度凝缩并存储于细胞核内,其复制、修复和转录表达等过程受到染色质构象的精准调控。越来越多的研究表明,特定的染色质构象可选择性激活或沉默基因,从而控制细胞自我维持或定向分化,决定细胞的组织特异性和细胞命运。因此,对染色质构象的深入研究已成为准确解析基因功能的一个关键切入点,也是当前基因组学研究所面临的一个巨大挑战。本文对染色质构象的研究历史、结构特征、动态调控机制进行了综述,并重点论述了不同维度构象特征对基因转录调控的影响,对该领域的研究难点进行了讨论,展望了其未来的发展方向,期望通过有效梳理染色质构象与基因调控之间的脉络关系,为未来该领域的研究提供参考。     

GATA6在肝脏发育中的作用及调控机制

GATA6 (GATA binding protein 6)是GATA锌指转录因子家族成员之一,以其保守的结合基序(G/A)GATA(A/T) 而得名。GATA家族在脊椎动物细胞命运决定与分化、增殖和迁移以及内胚层和中胚层来源的器官发育中具有重要作用。GATA6作为谱系特化因子、染色质重塑因子、多能性因子和“先锋因子”,在内胚层肝脏谱系决定、肝脏特化、肝芽生长以及肝母细胞增殖分化等阶段发挥关键的调控作用。本文综述了GATA6在肝脏发育中的作用及其研究进展,以期为进一步研究 GATA6 等发育关键转录因子的功能及调控机制提供参考。     

ZNF143调控基因表达的机理

ZNF143(zinc finger protein 143)是由7个锌指结构组成的C2H2型转录因子,其在绝大多数脊椎动物的不同组织、细胞中广泛表达。但通常情况下,ZNF143在癌组织、胚胎发育过程中的表达高于正常组织。研究发现,ZNF143主要通过参与编码和非编码基因的激活,从而在细胞周期、细胞增殖与分裂等细胞活动中发挥重要作用。更为重要的是,近几年研究表明,ZNF143通过与其他调控蛋白质形成转录起始复合物来介导远距离染色质的相互作用,从而参与染色质结构的形成,推测其在细胞身份及命运决定中发挥重要功能。此外,由于ZNF143的表达异常往往伴随着肿瘤的发生,因此,近些年针对ZNF143来设计药物靶点的研究也取得了一定的进展。     

植物茎尖分生组织分化调控机制研究进展

茎尖分生组织是位于植物顶端具有持续分化能力的组织,通过细胞分裂、分化产生茎、叶和花等器官,形成植株地上部分。茎尖分生组织在分化过程中受外界环境因素、内源激素水平和分子调控等影响,表现出明显变化。该文综合国内外近年来有关茎尖分生组织分化调控的研究进展,从茎尖分生组织的形态结构和环境影响因素,以及激素调控和分子调控等方面,对茎尖分生组织分化活动的研究进行综述,并对目前研究现状存在问题及未来研究方向进行了分析和展望。     

植物中的RB蛋白:不表现抑肿瘤功能的抑肿瘤蛋白?

视网膜神经胶质瘤易感蛋白(RB)是人类发现的第一个抑肿瘤蛋白,它在细胞的增殖和分化过程中发挥重要的调节作用。从20世纪90年代中期发现第一个植物RB同源(RB-related,RBR)蛋白以来,植物RBR蛋白已被证明广泛分布于各种植物中。通过RB-E2F信号途径以及招募染色质重塑因子,植物RBR蛋白作为植物细胞增殖的负调控因子,可以抑制细胞的有丝分裂和核内复制以及维持细胞的分化状态,进而在不同的植物组织中表现出多样的生理功能。对于植物RBR蛋白功能的认识已经有了长足的进步,但是它的许多特性仍需要更为深入的阐明。     

HD-Zip III转录因子家族与植物细胞分化

细胞分化是生物生长发育的重要过程, 受到一系列信号的精确调控。植物特有的转录因子HD-Zip III在细胞分化中发挥了重要作用。该文对HD-Zip III基因类型和结构特点进行了简要介绍, 重点论述了HD-Zip III在胚胎形态发生、顶端分生组织形成、叶极性建立和维管组织分化等发育过程中的作用, 系统总结了HD-Zip III基因在不同层次受到的调控, 探讨了该家族基因与陆生维管植物进化的关系。     

生长素调控植物株型形成的研究进展

高等植物通过调节顶端分生组织和侧生分生组织的活性建立地上株型系统,分生组织的活性受环境信号、发育阶段和遗传因素的综合调控,植物激素参与这些信号的整合。顶端优势是植物分枝调控的核心问题,而生长素对顶端优势的形成和维持发挥关键作用。本文综述了近几年与植物地上部分株型形成相关的生长素合成代谢、极性运输及信号转导领域的研究进展,并提出了展望。     

生长素调控植物株型形成的研究进展

高等植物通过调节顶端分生组织和侧生分生组织的活性建立地上株型系统, 分生组织的活性受环境信号、发育阶段和遗传因素的综合调控, 植物激素参与这些信号的整合。顶端优势是植物分枝调控的核心问题, 而生长素对顶端优势的形成和维持发挥关键作用。本文综述了近几年与植物地上部分株型形成相关的生长素合成代谢、极性运输及信号转导领域的研究进展, 并提出了展望。