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    日本科学家解码植物的抗逆性
    日期:2019-08-26 作者:编译:王爱玲 来源:农科智库微信公众号 点击:
     编译:王爱玲 
    单位:北京市农林科学院农业信息与经济研究所
        在真核生物细胞中,DNA不是以松散的形式存在,而是以高度浓集的复合物形式存在,这种复合物由DNA和其他被称为组蛋白的蛋白质组成。这种浓集结构被称为染色质,这对于维持DNA结构和序列的完整性很重要。然而,由于染色质限制了DNA的拓扑结构,染色质的修饰(通过组蛋白的修饰)是基因调控的一种重要形式,被称为表观遗传调控。日前,日本东京理科大学的科学家发现了一种新的表观遗传调控机制,其核心是一种赖氨酸特异性去甲基化酶1-样1(LDL1)。这一表观遗传调控新机制与植物的DNA损伤修复有关。研究成果发表在《美国植物生物学家协会》杂志上。
        生物体的基因组在受到外界胁迫的时候,会出现不稳定或出错,从而导致序列受损或“断裂”。这些断裂通过一个称为同源重组(HR)的过程进行自主修复,因此HR对于维持基因组的稳定性至关重要。像其他所有的基因调控过程一样,染色质结构需要被修饰,以使HR顺利进行。该研究小组之前发现了一种叫做RAD54的保守蛋白,这一蛋白参与了模式植物拟南芥染色质的重塑,从而有助于基因组的稳定性和对DNA损伤作出应答。
        在拟南芥基于HR的DNA损伤修复过程中,科学家们利用免疫共沉淀和质谱等技术,首次发现并筛选出与RAD54相互作用并用染色质调节其动力学的蛋白质,也首次确认了组蛋白去甲基酶LDL1在DNA损伤部位与RAD54的相互作用。研究发现RAD54与染色质中的组蛋白3第4位赖氨酸二甲基化(H3K4me2)相互作用;LDL1通过去甲基H3K4me2抑制这种相互作用。研究得出的结论是,LDL1通过H3K4me2的去甲基作用从DNA损伤部位去除过量的RAD54,从而促进拟南芥的HR修复。因此,LDL1确保了RAD54从DNA的HR修复位点正确分离。
        研究人员称,“这一发现是对植物科学以及基础分子生物学的重要补充。先前的研究表明,RAD54积累在拟南芥的受损部位,过量的RAD54会抑制植物的损伤修复。新的研究表明,LDL1通过从受损部位去除RAD54,有助于改善DNA损伤修复。”
        这项研究的重要性在于:与动物不同,植物是固定的,因此,更容易受到环境胁迫的影响,如高温、干旱、病原体、寄生虫和恶劣的土壤条件,这些胁迫通过造成DNA损伤来抑制植物的生长和发育。因此,有效的DNA损伤反应对于保证植物的存活与生长至关重要。这一研究揭示了一种可能的表观遗传调控机制,可以改善植物的DNA损伤反应。
        这一研究成果可用来对植物进行人工控制的表观遗传修饰,使其对病害感染、环境胁迫、机械胁迫等更具耐受性,这将有助于创制出抗逆性更强的作物品种,从而促进全球粮食安全。
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