表觀之植物非生物脅迫|ChIP+RNA-seq+Y1H/Y2H多組學聯合揭示擬南芥中耐鹽機制

2021-02-14 愛基百客生物

各種非生物脅迫刺激下，植物會產生不一樣的應激機制。熱休克蛋白在植物非生物脅迫中的研究較多，尤其是對熱刺激的調控作用。本文旨在研究擬南芥中的一個熱休克蛋白在應對鹽脅迫時的調控機制。

期刊：Journal of Experimental Botany  

影響因子：5.908   

發表時間：2019年5月

植物熱休克轉錄因子(HSFs)參與熱和其他非生物脅迫反應。然而，它們在耐鹽方面的作用卻鮮為人知。在本研究中，我們對擬南芥HSF—AtHSFA7b的耐鹽功能進行了表徵。

擬南芥SALK_152004（AtHSFA7b突變株）和Columbia ecotype（WT）

ChIP-qPCR、ChIP-seq、Y1H、Y2H、RNA-seq

1、AtHSFA7b為轉錄激活因子

通過Y2H的反式激活鑑定，證實AtHSFA7b有激活作用，且激活區域在胺基酸序列的213 到282位，並且激活domain可能是其C末端的胺基酸F、W、 L和L。亞細胞定位證實AtHSFA7b定位於核內。

圖：AtHSFA7b的反式激活鑑定和亞細胞定位

2、AtHSFA7b對植物耐鹽其作用並且影響一些與耐鹽相關的酶、離子等活性

比較擬南芥WT（野生型）、OE（AtHSFA7b過表達）、hsf系（AtHSFA7b突變株）在高鹽處理後的生長情況、葉綠素含量和MDA含量表明AtHSFA7b對擬南芥耐鹽起作用。測量WT、OE和hsf系的電解質滲漏率、脯氨酸及可溶糖含量、脯氨酸合成基因AtP5CS1 和 AtP5CS2、含水量、根葉中的K+和Na+離子及其比例、Na+和K+離子泵相關基因—NHX1、NHX2、NHX3、NHX6、SOS、SOS2和SOS3、SOD和POD及GST酶活等，證實AtHSFA7b對植物耐鹽其作用並且影響一些與耐鹽相關的酶、離子等活性

3、AtHSFA7b對E-box類似序列有結合偏好性

ChIP-seq實驗探索AtHSFA7b在擬南芥全基因組中的調控情況，發現其peak數有4748個。Motif分析發現，保守motif中有多個E-box類似序列，MEME-ChIP結果與MEME分析對比發現兩個分析結果吻合，進一步用ChIP-qPCR驗證這些E-box區域的真實性，發現E-box序列與AtHSFA7b結合是真實存在。作者又使用Y1H和EMSA來驗證AtHSFA7b與這些E-box序列結合的特異性，發現AtHSFA7b只結合其中一些E-box序列：5』-CACGTG-3』、 5』-CATTTG-3』、5』-CAATTG-3』、 5』-CAGCTG-3』和 5』-CATATG-3』。ChIP-qPCR證實含有E-box的啟動子區域顯著富集At5G32825、At4G05632、At2G12210、At3G30630、AtSOD3、AtSOD4、AtSOD5、AtPOD2、AtPOD10、AtSOS1、At2G40180、AtNHX3和AtNHX6，而不含E-box的陰性對照AtSOS2及AtPOD4不被富集。

圖：AtHSFA7b對E-box類似序列有結合偏好性

4、ChIP-seq和RNA-seq聯合分析AtHSFA7b涉及的下遊調控基因

ChIP-seq和RNA-seq聯合分析發現AtHSFA7b涉及一些與已報導的耐鹽相關的基因調控。RT-qPCR驗證證實，AtHSFA7b能調控一些SOSs、NHXs、HPP2C5、RHC1、SODs、PODs、GSTs、P5CS、CESAs、CSLs以及一些轉錄因子。

AtHSFA7b在擬南芥耐鹽脅迫中起了重要作用。作者根據研究結果，提出了調控模型，AtHSFA7b通過結合E-box或HSE來調控一些靶基因如SOSs、NHXs、HPP2C5、RHC1、SODs、PODs、GSTs、P5CS、CESAs、CSLs以及一些轉錄因子，這些靶基因隨後介導了以下生理變化：維持細胞K+/Na+穩態、提高ROS清除能力、增強滲透壓、減少水分損失、其他轉錄因子介導的纖維素生物合成途徑和其他不明確的途徑等，這些改變提高了耐鹽性。

圖：鹽脅迫下的AtHSFA7b工作模型

Zang D , Wang J , Zhang X , et al. Arabidopsis heat shock transcription factor HSFA7b positively mediates salt stress tolerance by binding to an E-box-like motif to regulate gene expression[J]. Journal of Experimental Botany, 2019, 70(19).l 

DOI：10.1093/jxb/erz261of Experimental Bot

相關焦點

  • 植物所揭示NADPH氧化酶響應逆境脅迫的自我調節機制
    NADPH氧化酶是一種與哺乳動物嗜中性粒細胞gp91phox同源的氧化還原酶，主要參與植物的防禦反應，並調節植物的生長發育。當植物受到生物或非生物脅迫時，該酶會大量產生活性氧，使植物及時對逆境脅迫做出反應，以適應外界環境的變化。
  • Cell重磅:朱健康院士綜述植物非生物脅迫信號轉導
    但具體的植物細胞壁脅迫感受器尚未被鑑定。植物有上百個RLKs和其他包含胞外區域、跨膜區和一個胞質激酶域的蛋白激酶,其中一些可能感受細胞壁的變化。　　細胞壁變化極大地影響植物抗逆性。在擬南芥sos6(鹽超敏感6)突變體中,果膠生物合成酶At CSLD5的功能紊亂,引起細胞壁發生微妙的缺陷,導致氧化脅迫,並顯著增加突變體對滲透脅迫、鹽和乾旱脅迫的敏感性(Zhu et al.,2010)。
  • 植物激素代謝組學｜山東大學上海師範大學植物激素介導鹽脅迫綜述
    2.生長素介導的根系生長可塑性對鹽脅迫的響應 生長素在鹽脅迫誘導的根系可塑性發育中起著關鍵作用。生長素受體突變體tir1/afb2/afb3對NaCl處理更為敏感，表明根系生長減緩可能是植物在鹽環境中生存的一種適應機制。
  • 【The Plant Cell 】玉米轉錄因子的RNA-seq和CHIP-seq聯合分析
    本研究採用RNA-seq和CHIP-seq分別從整個轉錄水平和全基因組水平研究Opaque2突變型玉米的表達情況並搜索O2在全基因組水平的DNA位點情況，聯合兩者分析可以揭示差異基因是否為O2所調控。>: mapping至玉米基因組（軟體Bowtie2 version 2.2.3），Peak峰搜尋（軟體MACS2 version 2.0.10），Peak關聯基因（Peak位於基因轉錄區、內含子區、轉錄起始位點上遊1kb、轉錄終止位點下遊1kb）查找、BindingMotif 分析（軟體MEME-ChIP）CHIP-seq和RNA-seq關聯分析
  • Plant Cell | 清華大學孫前文研究組報導擬南芥不同發育時期和脅迫響應下的R-loop圖譜
    在此工作基礎上，孫前文實驗室進一步繪製了擬南芥在不同發育時期以及各種脅迫響應下的R-loop圖譜，並揭示了擬南芥R-loop特有的動態變化特徵。這一研究首先在擬南芥中對R-loop在不同的生理髮育時期和脅迫響應下進行表徵分析，大量數據積累和分析能夠有力的支持和促進後續的植物R-loop生物學功能的研究。
  • NAR|西南大學羅克明團隊揭示次生壁生物合成的表觀遺傳調控機制
    次生壁在植物的生長發育中起著重要的作用，如花葯和莢果的開裂、機械支撐、水分運輸和抵禦病原菌的入侵等。此外，次生壁佔植物生物量的很大部分，是重要的可再生生物能源。因此，解析次生壁合成的調控機制具有重要意義。
  • NAR | 西南大學羅克明團隊揭示次生壁生物合成的表觀遺傳調控機制!
    次生壁在植物的生長發育中起著重要的作用，如花葯和莢果的開裂、機械支撐、水分運輸和抵禦病原菌的入侵等。此外，次生壁佔植物生物量的很大部分，是重要的可再生生物能源。因此，解析次生壁合成的調控機制具有重要意義。
  • 清華戚益軍研究組在擬南芥長非編RNA系統研究中取得新進展
    清華戚益軍研究組在擬南芥長非編RNA系統研究中取得新進展清華新聞網12月3日電 11月29日，清華大學生命科學學院植物生物學研究中心戚益軍研究組在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊在線發表題為「擬南芥中長非編碼RNA的系統鑑定揭示反義RNA調控MAF4基因」（Global
  • 清華生命學院戚益軍研究組揭示植物AGO1促進基因轉錄新功能
    清華生命學院戚益軍研究組揭示植物AGO1促進基因轉錄新功能清華新聞網1月2日電  清華大學生命學院戚益軍研究組在《發育細胞》期刊（Developmental Cell）發表了題為《擬南芥ARGNAUTE1在植物響應激素和脅迫過程中結合染色質並促進基因表達》（Arabidopsis
  • 定量磷酸化蛋白質組學 nature新發,擬南芥植物氣孔免疫調節機制
    前言感知生物和非生物脅迫通常會導致植物氣孔關閉。不同的環境刺激誘導胞漿中鈣離子濃度迅速增加，從而激活信號傳導反應。葉氣孔由兩個保衛細胞組成，介導水和氣體交換並表現出對刺激的動態鈣離子響應。研究團隊結合生化實驗和定量磷酸化蛋白質組學技術，揭示了擬南芥鈣離子滲透通道OSCA1.3控制免疫信號傳導期間氣孔關閉的機制。
  • Autophagy|浙江大學揭示雙子葉植物特異性ATG8蛋白相互作用及其在植物脅迫反應中的作用
    ATG8的ATI3蛋白與保守的UBAC2蛋白的相互作用及其在植物脅迫反應中的作用。自噬是真核生物中細胞質組分降解的保守途徑，具有降解短期和長期的蛋白質和細胞器的能力。研究表明自噬幾乎涉及植物生命的所有方面，自噬在植物對各種非生物脅迫的響應中起著至關重要的作用。在本研究中，我們研究了來自擬南芥的3個相關ATG8相互作用蛋白（ATI3A，ATI3B和ATI3C）的鑑定和表徵。
  • 鹽脅迫下的3代白木香離體根的轉錄因子表達分析
    由於地質因素及植物固著的生長模式，植物生活環境中土壤成分造成的鹽脅迫往往是長期的，幾乎不隨時間而變化，研究多代鹽脅迫對植物生長脅迫記憶的影響有重要意義。植物的脅迫記憶現象在植物脅迫機制研究、抗逆性改造、新品種培育以及植物藥效成分誘導等方面均有很大的研究價值，連續多代脅迫是研究脅迫記憶的重要途徑之一。
  • 【學術前沿】中科院分子植物卓越中心陳曉亞研究組繪製擬南芥葉片...
    ，在生物中廣泛存在。在哺乳動物中，EV可以改變細胞微環境，誘導機體免疫反應以及細胞組織再生等過程。植物是固著生長的自養生物，EV對生長發育和環境適應具有特殊的意義；它們不僅是排放胞內物質的「貨櫃」，更是繼胞間連絲（Plasmodesmata, PDs）後發現的另一種介導細胞之間及細胞與外部環境的物質交流與信號傳遞的膜性介質。已知植物EV含有核糖核酸和蛋白質，在植物的抗病抗逆反應與生物互作過程中發揮作用。
  • 生物所系統總結植物RNA胞嘧啶甲基化研究
    近日，中國農業科學院生物技術研究所谷曉峰課題組受邀在國際期刊《植物科學趨勢（Trends in Plant Science）》發表綜述文章
  • 上海生科院解析真核生物基因表達調控的新機制
    2月29日，Nature Plants 雜誌在線發表了中國科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心何躍輝課題組（植物環境表觀遺傳學實驗室）題為Coupling of histone methylation and RNA processing by the nuclear mRNA Cap-Binding Complex
  • 文獻閱讀分享(複試專業英語向)|植物非生物脅迫信號轉導及應答10(Osmotic Stress Signaling)
    The rapid activation   快速激活長期以來，在植物應對生物和非生物刺激(如鹽、乾旱、低溫、高溫和受傷)以及應對生長和發育信號的過程中觀察到多種MAPKs的快速激活，包括MAPK3、MAPK4和MAPK6。
  • 中外團隊揭示被子植物受精過程關鍵機制—新聞—科學網
    經過多年努力，他們發現了被子植物阻止多個花粉管進入胚珠的分子機制。 論文第一作者、山東農業大學園藝科學與工程學院教授段巧紅告訴《中國科學報》，扮演這一重要角色的就是擬南芥FERONIA受體激酶。它在花粉管與胚珠相互作用中具有「雙重調控機制」：既負責調控花粉管進入胚珠後破裂從而釋放精細胞的機制；也負責阻止別的花粉管進入已經「名花有主」的胚珠。
  • 分子植物卓越中心發現滲透脅迫上遊信號重要元件
    研究論文報導Ca2+響應的磷脂結合蛋白OSMO1/BON1作為上遊信號元件介導整體滲透脅迫應答。乾旱、鹽脅迫及低溫等非生物逆境導致滲透脅迫造成作物生產的損失，對糧食安全有重要影響。植物因其固著生長的特性而難以躲避所受到的滲透脅迫，被迫進化出感知和適應逆境的機制，主要包括信號接收與傳導、植物激素脫落酸（ABA）相關調控和後期應答等過程。
  • 遺傳發育所研究組在蛋白質翻譯後修飾調控植物脅迫反應研究中取得...
    甲基化修飾與一氧化氮(nitric oxide; NO)依賴的亞硝基化修飾是高度保守的蛋白質翻譯後修飾，這兩類修飾參與調控眾多生物學過程，包括調控非生物脅迫反應。但二者調控非生物脅迫的分子機制不甚清楚。
  • 科研 | Hortic Res:轉錄組和代謝組學分析揭示褪黑素通過抑制茉莉酸的生物合成促進銅脅迫下甜瓜根的發育(國人佳作)
    研究人員已經在不同形式的脅迫下，包括創傷，寒冷，乾燥和鹽脅迫，檢測到多種植物中LOX轉錄水平的上調。褪黑素通過增加抗氧化酶活性，降低MDA水平和調節氧化還原基因表達來減輕氧化損傷。在植物中，LOX參與多不飽和脂肪酸代謝，並且是參與脂質降解和JA生物合成的關鍵酶。以卵磷脂為底物的卵磷脂酶催化亞油酸的生物合成，LOX和其他酶催化亞油酸的轉化以合成JA。