“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa)NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2,NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。     

变功率微波法制备壳聚糖絮凝剂的研究

研究了变功率下微波加热对甲壳素脱乙酰化反应和粘度的影响。结果表明:在4 80W下反应4min、然后在16 0W下反应6min的最佳功率组合下,可制得脱乙酰度77.3%、粘度4 6mPa·s的壳聚糖产品;与恒功率微波法相比,变功率微波法制备壳聚糖的脱乙酰度稍低,但粘度高出31% ,反应时间缩短三分之一,能耗降低6 0 %     

球毛壳菌组蛋白H3基因克隆与特性分析

构建了球毛壳菌菌丝的cDNA文库,并获得了1410条ESTs序列,用里氏木霉(Hypocrea jecorina,AAM76068)和粗糙脉胞菌(Neurospora crassa,CAA25761)的组蛋白H3基因(Histone H3)蛋白序列对球毛壳菌(Chaetomium globosum)ESTs序列本地数据库进行tBlastn检索,获得了球毛壳菌组蛋白H3cDNA序列。cDNA序列全长739bp,开放阅读框411bp,编码136个氨基酸组成的多肽,蛋白分子量为15.4kD。BlastP同源性分析表明该基因与里氏木霉同源性最高为100%;与地钱(Marchantia polymorpha)同源性最低为95%。三级结构预测表明,该蛋白C端为球状结构域,而N端结构对其发挥调控作用起重要作用。该基因的cDNA序列及推测的氨基酸序列在GenBank登录(登录号分别为AY669068,AAT74576)。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAIs)对异染色质的作用

组蛋白乙酰化和去乙酰化可调节染色体的多种功能,例如基因表达和染色体分离等。研究发现,组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitors,HDACIs)可诱导分化、生长阻断和肿瘤细胞凋亡,目前HDACIs正作为抗肿瘤药物进行临床试验,在肿瘤治疗中显示出具有较好的应用前景。然而,人们对于HDACIs在生物体内是如何发挥作用以及不同类型细胞为何会有不同的应答途径却关注甚少。本综述通过讨论HDACIs对周期和非周期细胞中组蛋白去乙酰化酶的抑制结果,来阐明组蛋白乙酰化模式的动力学特征,特别是对基因组异染色质的作用。     

组蛋白乙酰化与卵母细胞及胚胎的体外发育

组蛋白乙酰化及去乙酰化是表观遗传修饰一个重要部分,其对哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎发育具有重要的调节作用。因此深入研究组蛋白乙酰化的发生机制,对于改善卵母细胞和早期胚胎的发育具有重要意义。对哺乳动物卵母细胞及胚胎发育过程中的组蛋白乙酰化动态修饰进行综述。     

组蛋白H3K36甲基化与疾病

组蛋白H3K36位点可以发生甲基化修饰,其修饰状态受到H3K36甲基转移酶和去甲基化酶的动态调控。H3K36的甲基化修饰可引起多种生物学效应,如参与基因的转录激活或抑制、剂量补偿以及基因的选择性剪接等。H3K36甲基化修饰状态的异常与很多疾病相关,因此全面了解H3K36甲基化对于该类疾病的诊断和治疗具有重要意义。     

组蛋白激活拟南芥CDPK催化CaMBP10的体外磷酸化反应

植物转脂蛋白 (plant lipid transfer proteins, LTPs) 是高等植物中广泛存在的多基因编码的小分子碱性蛋白. 本研究室已经证明白菜和豌豆LTPs可分别被内源胞浆可溶性和膜结合钙依赖性蛋白激酶 (calcium-dependent protein kinase, CDPK) 磷酸化. 为深入研究CDPK对白菜钙调素结合蛋白10 (calmodulin-binding protein-10, CaMBP10) 的磷酸化性质及特征, 本文从拟南芥可溶性蛋白粗提物中检测到1个分子量约为54 kD的CDPK对CaMBP10有磷酸化作用. 研究表明, 组蛋白可增强 CDPK对CaMBP10的磷酸化活性, 促进磷酸化进程. 而且组蛋白和Ca2+对CDPK具有协同调节效应, 二者共同作用时比Ca2+单独作用时, 激酶的活力增强约12倍. 此外, 不同组蛋白对CDPK的激活能力不同, 组蛋白1对该激酶活性的激活能力要比组蛋白3高约8倍.     

组蛋白7通过抑制基质金属蛋白10维持血管完整性

心血管系统的发生及其稳态的维持需要内皮细胞及平滑肌细胞形成紧密连接、相互作用、相互调节。组蛋白的乙酰化可改变染色体结构,调节基因表达,组蛋白脱乙酰基酶（HDACs）是其重要调节分子。Chang等发现在胚胎发育早期,HDAC7特定表达于血管内皮中。     

槲皮素对节律钟基因的调控研究*

目的:探讨槲皮素对节律钟基因表达的影响。方法:通过50%的马血清刺激诱导人骨肉瘤U2OS细胞同步化,利用槲皮素处理同步化后的U2OS细胞。进一步利用荧光定量PCR检测节律钟关键基因的变化。利用western blot检测槲皮素对组蛋白乙酰化的影响,并且通过试剂盒测定槲皮素对细胞内氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的影响。通过尼克酰胺和槲皮素同时处理U2OS细胞,利用荧光定量PCR检测节律钟关键基因的变化。结果:U2OS细胞经过槲皮素处理后节律钟关键基因芳烃受体核转位蛋白3(brain and muscle Arnt-like protein-1,BMAL1),节律周期蛋白2(Period 2, PER2),孤儿核受体alpha(REV-ERBα)和蓝光受体蛋白1(Cryptochrome 1,CRY1)在转录水平的表达水平有明显的升高。槲皮素处理可以显著降低U2OS细胞的组蛋白乙酰化的水平,并且显著升高U2OS细胞内的氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的水平。进一步研究发现,尼克酰胺(Nicotinamide,NAM)处理完全抑制了槲皮素对节律基因的影响。结论:槲皮素显著地激活了节律钟关键基因的mRNA表达水平,槲皮素对于节律基因的调控依赖于Sirtuins的活性,其机制可能是由于槲皮素增加了细胞内的氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的水平所导致。     

c-myb基因启动子表观遗传修饰对该基因表达的影响

已有研究表明c-myb基因在白血病等癌症中发挥重要的作用,但是目前关于c-myb基因的调控机制尚不清楚。为了探究c-myb基因启动子区域表观修饰对该基因表达调控的作用,我们利用CRISPR-dCas9系统,在融合了p300和DNMT3A蛋白后,分别和靶向c-myb启动子的引导RNA (guide RNA, gRNA)共转染到小鼠急性髓系白血病M1细胞(mouse myeloid leukemia, M1)中,ChIP-qPCR结果显示dCas9-p300和dCas9-DNMT3A分别成功结合到c-myb基因启动子区域,并伴随有启动子区域组蛋白修饰H3K27乙酰化或DNA甲基化5-mC的显著增高。Western blotting及RT-qPCR结果表明d Cas9-p300使M1细胞中c-myb表达明显上调(p0.001),而d Cas9-DNMT3A使c-myb表达明显下调(p0.05)。进一步研究证明dCas9-p300可以对抗白细胞介素6 (interleukelin-6, IL-6)引起的c-myb基因表达下调。本研究结果证明c-myb基因启动子的表观遗传修饰可以影响该基因的表达,为研究白血病等癌症提供了新的治疗思路和方案。