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中科院植物所发现植物春化表观水平新调控点和记忆调控网络
发表日期: 2018-09-05 作者: 种康等 文章来源:《新植物学家》
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冬性植物、二年生植物和多年生植物的开花需要长时间环境低温诱导,此过程称为春化作用。春化作用的发现已近百年。随着遗传和生理学研究的进展,人们发现春化作用受遗传和表观遗传调控,植物对春化处理有记忆功能,但仅能维持一代。目前,人们对于春化作用的表观调控机制有了一定研究,但仅局限于少数几个基因,对春化调控途径其它基因及总体变化规律都缺乏了解。

中国科学院植物研究所种康院士率领的研究团队通过表观组学分析,揭示了春化作用中表观水平的一个新的重要调控点VRN3,并挖掘春化作用表观遗传记忆的分子基础。研究人员以已知春化关键基因VRN1为正对照,通过ChIP-Seq手段全面分析春化中两个重要组蛋白修饰H3K4me3 H3K27me3的动态调节。研究人员发现,在以往表观研究中被忽略的VRN3基因的H3K4me3 H3K27me3呈现明显变化,并且二者相辅相成,共同调控基因表达。进一步研究表明,VRN3在开花调控网络中是整合春化和光周期两种环境信号的节点,在表观水平也是重要调控点。这一结果表明多种不同调控信号汇集于此基因。

该研究通过全基因组分析揭示了春化表观水平重要调控点和表观遗传记忆调控网络,消除了以往相关研究一直局限于几个关键基因的不足之处。该研究批量鉴定了能够保持春化中表观修饰变化的基因,发现它们分布于不同生理生化途径中,表明春化中的表观遗传记忆不仅控制开花,同时也调控多种生物学过程,使植物为由营养生长阶段转入生殖生长做好准备。

该成果于86日在线发表于国际学术期刊《新植物学家》New Phytologist)上。种康研究组博士研究生郇庆为论文第一作者,张景昱研究员和种康院士为共同通讯作者。该研究工作得到了国家科技部重点研发计划和中国科学院中澳双边“CAS-CSIRO”项目的资助。 (来源:中国科学院植物研究所)

 

Global analysis of H3K4me3/H3K27me3 in Brachypodium distachyon reveals VRN3 as critical epigenetic regulation point in vernalization and provides insights into epigenetic memory

 

Abstract

·           Vernalization, the requirement of plants for long‐term exposure to low environmental temperature for flowering, is an epigenetic phenomenon. Histone modification regulation has been revealed in vernalization, but is limited to key genes. Now, we know that VRN1 is epigenetically critical for monocots. Genome‐wide analysis is still unavailable, however.

·           We performed chromatin immunoprecipitationsequencing for H3K4me3/H3K27me3 in Brachypodium distachyon to obtain a global view of histone modifications in vernalization on a genomewide scale and for different pathways/genes.

·           Our data showed that H3K4me3 and H3K27me3 play distinct roles in vernalization. Unlike H3K4me3, H3K27me3 exhibited regional regulation, showed main regulation targets in vernalization and contributed to epigenetic memory. For genes in four flowering regulation pathways, only FT2 (functional ortholog of VRN3 in B. distachyon) and VRN1 showed coordinated changes in H3K4me3/H3K27me3. The epigenetic response at VRN3 was weaker under shortday than under longday conditions. VRN3was revealed as an epigenetic regulation point integrating vernalization and day length signals. We globally identified genes maintaining vernalizationinduced epigenetic changes. Most of these genes showed dosedependent vernalization responses, revealing a quantitative ‘recording system’ for vernalization.

·           Our studies shed light on the epigenetic role of VRN3 and H3K4me3/H3K27me3 in vernalization and reveal genes underlying epigenetic memory, laying the foundation for further study.

 

原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.15288

 


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