水稻组蛋白去乙酰化酶OsHDA706和OsHDA714的功能研究

发布时间：2020-07-30 07:21

【摘要】：表观遗传学的主要研究内容包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑因子等。组蛋白修饰是指组蛋白N末端氨基酸残基上的各种修饰,如甲基化、乙酰化和磷酸化等。这些修饰能够通过影响染色质状态,从而调控基因的表达,是表观遗传调控的重要机制之一。组蛋白乙酰化是研究比较多的一种修饰,组蛋白乙酰化的添加和去除分别是由组蛋白乙酰转移酶(Histone acetyltransferases,HATs)和组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases,HDACs)调控。组蛋白去乙酰化酶可分为三个亚家族:RPD3/HDA1家族、HD2家族和SIR2家族。本实验室前期研究表明,水稻SIR2家族组蛋白去乙酰化酶OsSRT1通过对糖酵解途径中甘油醛-3-磷酸脱氢酶(OsGAPDH1)去乙酰化,进而抑制其转录活性,并且OsSRT1还抑制了OsGAPDH1蛋白在细胞核内的积累,从而调控糖酵解代谢,最终影响水稻植株体内的能量代谢。为了研究其它组蛋白去乙酰化酶是否与能量代谢相关,我们以RPD3/HDAI家族中两个组蛋白去乙酰化酶OsHDA706和OsHDA714为对象,通过反向遗传学、生物信息学和分子生物学等方法来研究OsHDA706和OsHDA714的生物学功能及其参与的代谢途径,试图阐明其在水稻生长发育、基因表达以及代谢调控中的作用机理。本研究的主要结果如下:1.OsHDA706和OsHDA 714的表达谱分析发现这两个基因在水稻的成熟叶、剑叶以及茎杆等组织部位表达量较高,而在愈伤、胚乳和幼穗等组织中的表达量低。通过基因表达节律性分析发现OsHDA706有一定的昼夜节律性,而OsHDA714没有昼夜节律性。2.利用CRISPR/Cas9技术创建了OsHDA 706和OsHAD714突变体材料。表型考察发现hda706的种子表现出提前成熟的表型,超量表达植株(OA706)表现出植株变矮和分蘖减少的表型;而OsHDA714的突变体植株(hda714)表现出种子结实率变低,植株株型更紧凑的表型,而超量表达植株(OX714)未发现明显表型。3.亚细胞定位软件预测OsHDA706和OsHDA714蛋白位于细胞质。通过原生质体瞬时转化和烟草瞬时表达实验证实OsHDA706定位于在细胞质中,OsHDA714同时定位于细胞质和内质网中。这说明水稻中组蛋白去乙酰化酶的核质分布不具有细胞特异性,并且为代谢酶乙酰化调控代谢酶的酶活机制提供了证据。4.通过对野生型水稻材料进行不同的胁迫处理,检测OsHDA706和OsHDA714的表达水平,结果显示在300 mM NaCl和热胁迫(42℃)处理下,OsHDA706的表达上升,而在冷胁迫(4)处理时,OsHDA706的表达受到了抑制。而OsHDA 714不受 NaCl(300 mM)、热胁迫(42℃)、PEG6000(20%)和 Mannitol(200 mM)等逆境胁迫的诱导表达。5.对野生型水稻材料进行能量胁迫处理,检测OsHDA706和OsHDA714的表达水平,结果显示除2%葡萄糖(Glucose)处理外,在暗处理和缺氮培养液处理下,OsHDA706的表达水平均上升。在2%Glucose和缺氮的能量胁迫处理下,OsHDA714表达量变化不大,但暗处理9h后OsHDA 714的表达受到了抑制。通过hda706和hda714突变体植株进一步验证了上述结果。因此说明OsHDA706的表达受碳(黑暗)和氮(完全缺氮)能量相关处理的诱导。6.通过酵母双杂交实验,分别筛选到两个与OsHDA706和OsHDA714产生互作的蛋白——烯酰辅酶A水合酶(ECH)和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)。此外,通过亚细胞定位的结果表明OsHDA706、OsHDA714分别与互作蛋白ECH和G6PDH共定位。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511;Q943.2
【图文】：

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本文编号：2775220