组蛋白乙酰转移酶p300基因OsHAC701在水稻低温应答中的功能研究

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基本信息

  • 批准号:
    31871232
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0602.基因表达及非编码序列调控
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Protein post-translational modifications play a major role in various cellular processes, such as transcriptional regulation, protein interaction, and modulating enzymatic activity. A number of different types of PTMs have been reported, including phosphorylation, methylation, ubiquitinoylation, acetylation, and crotonylation. Lysine acetylation (Kac) have been widely studied in prokaryotes and eukaryotes as a particularly dynamic and reversible type of PTM, while lysine crotonylation (Kcr) is a newly discovered PTM that exists in mammals and dicots. Histone acetylation is an important epigenetic regulation in higher plants adapting to different environmental conditions. Histone acetyltransferases may activate transcription of stress response genes, thereby regulating plant metabolic and physiological processes including cold, salt and drought stress responses. Similar to acetylation, histone crotonylation catalyzed by the histone acetyltransferase p300 has been proved crucial for directly stimulating transcription, controlling gene expression and epigenetic regulation. However, the research on them is quite limited in plants. .In the previous work, we found that histone crotonylation are extensively distributed in rice, and plays an active role in regulating gene transcription in the rice genome, as well as histone acetylation. In order to explore the epigenetic regulation mechanism of these two modifications, we selected the histone acetyltransferase p300 as research object. By using CRISPR/cas9 gene editing technology, the p300 family gene OsHAC701 was successfully knocked out in rice. Compared to the wild type, phenotypic observation of Oshac701 mutant showed dwarf plant type, small seed size and low setting percentage. And western blot results indicated the levels of both histone acetylation and crotonylation were significantly reduced in Oshac701 mutant. Previous reports showed that histone Kac is involved in regulating plant responses to salt, cold, and other abiotic stresses. After treated with cold (4℃) for 10 h, western blot analysis revealed that acetylation of both H3K27 and H3K36 and crotonylation of H3K14 are elevated significantly as compared with the control group. In addition, the expression level of OsDREB1A, a cold stress response gene, significantly raised, while histone crotonylation was significantly enriched in the gene promoter regions. The above results suggest that histone acetylation and crotonylation may participate in the epigenetic regulation of cold stress responses in rice. .The project is proposed on the basis of the comprehensive utilization of molecular genetics, proteomics, epigenomics and interdisciplinary research means, to understand the genetic networks of histone acetylation and crotonylation of the regulation on rice genome, and to further discuss the epigenetic regulation mechanism of histone acetyltransferase p300 in plant growth and cold stress response.
组蛋白乙酰化和巴豆酰化修饰在生物生长发育和逆境胁迫等生命过程中起着重要作用,这两种修饰均可以通过组蛋白乙酰转移酶p300进行催化。然而关于它们的研究在植物很少有见报道。在前期工作中,我们发现水稻中广泛存在组蛋白乙酰化和巴豆酰化修饰,并且与基因的表达正相关。利用CRISPR-Cas9技术已成功敲除水稻中p300家族基因OsHAC701,突变体表现出矮小、小粒、结实率低,同时组蛋白乙酰化和巴豆酰化修饰水平明显下调。另外在低温逆境条件下,组蛋白乙酰化和巴豆酰化修饰水平明显上调,低温应答基因OsDREB1A表达显著上调,并且该基因启动子区域巴豆酰化修饰明显富集。本项目拟在此基础上综合利用分子遗传学、表观基因学和蛋白组学等多学科交叉研究手段,重点解析组蛋白乙酰化和巴豆酰化在水稻低温应答中的遗传网络,探讨p300基因OsHAC701在植物生长发育和调控水稻低温应答的表观调控机理。

结项摘要

组蛋白酰化修饰在植物生长发育和响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。其主要由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶共同催化调控,是一种动态可逆的修饰状态。通过本项目的实施,创制了水稻中组蛋白乙酰转移酶p300家族相关基因OsHACs、GNAT家族基因GCN5和组蛋白去乙酰化酶基因HDAC706相关遗传材料,研究表明相关基因突变后影响到水稻组蛋白乙酰化修饰水平,进而影响到水稻植株的正常生长发育,不同基因对植株表型影响程度不同。进一步通过WB、qRT-PCR、ChIP-PCR、RNA-seq、ChIP-seq等研究技术明确了水稻组蛋白酰化修饰响应多种逆境胁迫。在盐胁迫下,GCN5会抑制Na离子转运基因表达;OsHDA706通过H4K5和H4K8去乙酰化调节盐胁迫响应基因OsPP2C49的表达。在低温逆境下,组蛋白H3K14ac、H3K14cr的修饰水平明显上调,而H3K18cr修饰水平明显下调。乙酰化修饰水平发生变化的基因数多于巴豆酰化修饰,其中低温逆境响应基因DREB1A的启动子与基因体上H3K14ac/cr的修饰水平明显上升;H3K18cr通过调控OsDREB1A、OsEATB、OsAP2-39、OsNAC9等转录因子的表达来参与水稻低温胁迫的响应过程。通过相关性分析发现,在低温胁迫下H3K14ac/cr修饰水平上调且差异表达上调的基因都富集在胁迫响应进程上。相关研究结果为解析组蛋白乙酰化和巴豆酰化调控植物响应盐和低温胁迫的表观遗传机制提供遗传材料和理论依据。相关结果发表标注SCI论文5篇,中文权威1篇;培养博士后2名,博、硕士生9名。项目主持人龚志云获2022年江苏省“十佳研究生导师团队”提名奖。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Proteome-Wide Analyses Reveal the Diverse Functions of Lysine 2-Hydroxyisobutyrylation inOryza sativa
全蛋白质组分析揭示了稻赖氨酸 2-羟基异丁酰化的多种功能
  • DOI:
    10.1186/s12284-020-00389-1
  • 发表时间:
    2020-06-05
  • 期刊:
    RICE
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Xue, Chao;Qiao, Zhongying;Gong, Zhiyun
  • 通讯作者:
    Gong, Zhiyun
Dual-color oligo-FISH can reveal chromosomal variations and evolution in Oryza species
双色寡核苷酸 FISH 可以揭示水稻物种的染色体变异和进化
  • DOI:
    10.1111/tpj.14522
  • 发表时间:
    2019-10-12
  • 期刊:
    PLANT JOURNAL
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Liu, Xiaoyu;Sun, Shang;Gong, Zhiyun
  • 通讯作者:
    Gong, Zhiyun
Genome-wide Profiling of Histone Lysine Butyrylation Reveals its Role in the Positive Regulation of Gene Transcription in Rice
组蛋白赖氨酸丁酰化的全基因组分析揭示了其在水稻基因转录正调控中的作用
  • DOI:
    10.1186/s12284-019-0342-6
  • 发表时间:
    2019-11-27
  • 期刊:
    RICE
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Liu, Shuai;Liu, Guanqing;Gong, Zhiyun
  • 通讯作者:
    Gong, Zhiyun
OsHDA706 increases salt tolerance via H4K5/K8 deacetylation of OsPP2C49 in rice
OsHDA706 通过 OsPP2C49 的 H4K5/K8 脱乙酰作用提高水稻的耐盐性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Integrative Plant Biology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Kai Liu;Jijin Chen;Shang Sun;Xu Chen;Xinru Zhao;Guoxiao Qi;Xiya Li;Bo Xu;Jun Miao;Chao Xue;Yong Zhou;Zhiyun Gong
  • 通讯作者:
    Zhiyun Gong
低温胁迫下组蛋白H3K18cr在水稻全基因组上的动态变化特征解析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘凯;陈积金;刘帅;陈旭;赵新茹;孙尚;薛超;龚志云
  • 通讯作者:
    龚志云

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其他文献

Molecular-cytological identification and chromosome behavoir analysis of telotetrasomic in rice, , 2008,15 (3) :161-165
水稻端四体的分子细胞学鉴定及染色体行为分析, 2008,15(3):161-165
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Rice Science
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    龚志云
  • 通讯作者:
    龚志云
三倍体狗牙根染色体数目变异的分子细胞学鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    园艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚志云
  • 通讯作者:
    龚志云
多着丝粒水稻获得与分子细胞学鉴定
  • DOI:
    10.16872/j.cnki.1671-4652.2017.03.015
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    扬州大学学报(农业与生命科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张融;邓世峰;刘晓宇;薛超;王笑;龚志云
  • 通讯作者:
    龚志云
水稻单端体的获得及其分子细胞学鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于恒秀;龚志云;苏艳;顾铭洪
  • 通讯作者:
    顾铭洪
稻属不同染色体组着丝粒BAC克隆
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    遗传,2007,29(5-6):
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    裔传灯;龚志云;梁国华;王飞华
  • 通讯作者:
    王飞华

其他文献

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龚志云的其他基金

水稻非整倍性基因组表达与表观遗传调控特征研究
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    31571266
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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    2013
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    78.0 万元
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    面上项目
我国草坪型狗牙根资源的细胞学和分子细胞学研究
  • 批准号:
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    2006
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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