钱伟强课题组在拟南芥氮饥饿调控转座子表达方面取得新进展

时间:2022年10月5日
来源:北京大学现代农学院

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     JIPB近日在线发表了北京大学现代农学院钱伟强课题组题为“Nitrogen starvation induces genome-wide activation of transposon elements in Arabidopsis”的研究论文

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     生物体内,转座子元件 (Transposable elements, TEs) 被多种表观遗传机制沉默,包括DNA甲基化、抑制性组蛋白修饰和染色质高级结构等途径。氮元素是植物生长和农业生产力的主要限制因素之一。虽然人们已经广泛研究了植物响应氮饥饿的基因调控网络,但对于氮饥饿对转座子元件调控的影响尚不清楚。

     JIPB近日在线发表了北京大学现代农学院钱伟强课题组题为“Nitrogen starvation induces genome-wide activation of transposon elements in Arabidopsis”的研究论文。该研究采用正向遗传学的方法,鉴定到影响转录水平基因沉默的谷氨酸合酶(Glutamate synthase 1, GLU1),并结合一系列的分子生物学和遗传学实验,探究了氮饥饿对激活转座子表达的影响。

 

图1 谷氨酸代谢调控转座子沉默

 

     研究者发现拟南芥中GLU1的突变造成idm1-14背景下外源基因d35S-LUC的表达量上调。并且,谷氨酸合酶的双突变体对内源转座子表达的影响显著高于单突变体。外源添加谷氨酸,可以在一定程度上恢复glu1-204 glt1-1突变体中转座子上调表达的程度。位于谷氨酸代谢下游、参与GABA代谢的琥珀酸半醛脱氢突变体 (ssadh-5) 与glu1-204 glt1-1能调控一些共同的位点(图1)。另一方面,氮饥饿能显著上调YJ和idm1-14背景下的外源基因的表达。并且,氮饥饿处理的WT与glu1-204 glt1-1能共同激活一些转座子的表达水平。转录组的测序和分析结果也显示,氮饥饿能激活拟南芥基因组内大量转座子的表达。全基因组甲基化的数据分析结果表明,受氮饥饿诱导上调的转座子表达水平的变化,不依赖于转座子本身DNA甲基化水平的变化,多重突变体的表达分析也进一步验证了这一结论。

     综上所述,该研究探究了氮饥饿对拟南芥的全基因组范围内转座子表达水平的影响,并且表明氮代谢可能不通过影响其DNA甲基化水平和染色质高级结构的途径,调控转座子的表达水平。

     北京大学王悦博士和博士研究生生刘艺为文章的第一作者,钱伟强研究员为该论文通讯作者。曲绍峰博士在该工作中亦做出重要贡献,北京大学范六民教授也参与了该项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。

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