【摘 要】
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转基因技术既是改良植物、培育优良品种的重要工具,又是研究基因功能的有效手段。外源转基因在植物中的表达受到来自植物内在机制的抑制,导致外源基因的表达随着繁殖代数的增加而逐渐减弱甚至完全被抑制,即外源基因沉默。染色质修饰、DNA甲基化、小RNA等均在外源基因的抑制中起重要作用,但转基因沉默的分子机制仍有待深入研究,本文探讨了一个剪接体关联蛋白(SAPH,Spliceosome-Associated P
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(31470365);
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转基因技术既是改良植物、培育优良品种的重要工具,又是研究基因功能的有效手段。外源转基因在植物中的表达受到来自植物内在机制的抑制,导致外源基因的表达随着繁殖代数的增加而逐渐减弱甚至完全被抑制,即外源基因沉默。染色质修饰、DNA甲基化、小RNA等均在外源基因的抑制中起重要作用,但转基因沉默的分子机制仍有待深入研究,本文探讨了一个剪接体关联蛋白(SAPH,Spliceosome-Associated Protein in Heat)在基因沉默中的功能。在前期研究中,本论文所在的实验室利用EMS诱变、突变体筛选以及图位克隆技术鉴定到SAPH的功能缺失突变体saph(编号hl1401),突变体中由HSP18.2基因的启动子驱动的外源基因LUC(Luciferase,编码荧光素酶)的表达被明显激活。但我们发现,突变体中内源HSP18.2的表达与野生型(编号P-LUC)没有明显差异。由于突变体与野生型中还含有另外一个外源基因,即用于转基因筛选的潮霉素抗性基因(HYG),我们进一步鉴定了突变体的潮霉素抗性,发现突变体hl1401相对于野生型P-LUC具有更强的潮霉素抗性,在使用20mg/L的潮霉素进行处理时,突变体hl1401就与野生型P-LUC表现出了明显的表型差异;经过RT-qPCR分析HYG的相对表达量,发现由35S启动子驱动的外源基因HYG在突变体中的转录水平要显著高于野生型,两者之间的表达量差异高达8倍左右,与潮霉素抗性表型结果一致。将正常SAPH基因转入hl1401突变体,导致外源基因LUC和HYG的表达均恢复到野生型水平(互补材料编号:4-212-63-8),且LUC活性、对潮霉素的抗性也降低到野生型水平,这些结果说明SAPH选择性地抑制外源基因表达。我们进一步分析了相关基因的DNA甲基化水平,发现内源性基因HSP18.2启动子的甲基化水平在野生型P-LUC、突变体hl1401之间并无显著性差异,但是外源性基因LUC与HYG在突变体中的甲基化水平却显著性地低于野生型,同时,转基因互补材料4-212-63-8中外源基因的DNA甲基化水平均恢复到野生型水平,与转录水平的分析结果相符,说明SAPH基因可能通过促进外源基因的DNA甲基化而促进外源基因的沉默。同时我们也分析了组蛋白变异体H2A.Z在突变体外源基因的染色质中的富集,发现突变体hl1401中外源基因LUC与HGY的H2A.Z富集程度要显著高于野生型P-LUC。前人研究显示H2A.Z的富集能拮抗DNA甲基化对基因表达的抑制,促进基因转录,我们的结果说明SAPH也可能通过抑制组蛋白变异体的富集而抑制基因表达,而且其富集与DNA甲基化之间确实存在着负反馈调节。另外,我们还分析了突变体中外源基因的组蛋白乙酰化水平,发现突变体hl1401中外源基因启动子的组蛋白乙酰化水平显著高于野生型P-LUC,组蛋白乙酰化水平的升高一般与基因的表达激活相关联,这个结果说明SAPH也通过调控组蛋白的乙酰化修饰来抑制外源基因的表达。为了进一步探索SAPH抑制外源基因表达的分子机制,我们通过酵母双杂交和双分子荧光素酶互补分析初步鉴定了 SAPH的互作蛋白,结果显示参与RNA介导的DNA甲基化途径中的六个蛋白(DMS3、SUVH2和SUVH9以及MET1、DRM2和CMT3)和催化H2A.Z替换H2A的复合体SWR1的三个亚基蛋白(SWC6、SWC2和PIE1)与SAPH蛋白有互作,这进一步证实了 SAPH蛋白通过调控DNA甲基化、H2A.Z富集、组蛋白修饰等来抑制外源基因表达的结论。这些工作为进一步探究SAPH的生物学功能,揭示外源基因表达调控的分子机制提供了新的线索。
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