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李博教授课题组揭示增强子转录调控植物免疫的新机制
作者:编辑:王敏发布时间:2022-07-26

(通讯员:章颖)7月21日,李博教授课题组在《BMC Biology》上发表了题为“Dynamic enhancer transcription associates with reprogramming of immune genes during pattern triggered immunity in Arabidopsis”的研究论文。该研究构建了基于拟南芥基因间区染色质开放和转录水平的潜在活性增强子库,鉴定了响应不同微生物相关分子模式(MAMPs)的免疫相关增强子,并联合分析了免疫基因激活与增强子动力学的调控网络,首次揭示了增强子顺式调控基因表达的是植物免疫的重要组成部分。

增强子是真核生物中的一类顺式调控元件(CRE),通过激活相关基因的转录在基因表达调控中发挥重要作用。哺乳动物增强子转录产物——eRNA的生物合成和功能研究较多,被认为是活性增强子的重要指标,但是植物增强子转录本的特征和功能尚未得到系统定义。微生物相关分子模式(MAMPs)触发的免疫反应PTI是植物先天免疫的重要环节,精准的转录重编程对于植物启动快速有效的防御反应至关重要,而增强子是否参与植物免疫并发挥重要调控功能还不清楚。

通过去除核糖体RNA和高深度的转录组测序,并结合全基因组染色质可及性、DNA甲基化和组蛋白修饰等分析,鉴定到了与拟南芥部分增强子区域相对应的转录本,且其与动物增强子RNA具有相似的特征。这些从拟南芥增强子单向或双向转录的eRNA,大多数不具有polyA结构。转录的增强子可视为活性增强子,具有较低程度的DNA甲基化、高水平的染色质可及性以及RNA Pol II和组蛋白乙酰化标记的显著富集等特性。从而揭示了“转录枢纽”的形成是植物活性增强子的关键特征,而增强子转录本的产生是增强子活性的良好标志。

基于不同MAMPs诱导后eRNA的差异表达,解析了PTI诱导的拟南芥免疫相关增强子活性动态变化,这些增强子的转录受flg22、chitin和nlp20,以及植物损伤相关分子模式pep2等的诱导,被定义为模式诱导的核心增强子(CIPE)。研究证明了增强子和靶基因之间的表达模式有很强的关联,在植物免疫中起着重要的调节作用。该研究还确定了特定的免疫相关转录因子(包括WRKYs和SARD1)是免疫诱导增强子转录的潜在元件,绘制了一个由“转录因子—增强子—靶标基因”组成的免疫基因调控网络。

总体而言,该研究创新性地探究了植物增强子的转录活性特征及其对植物免疫基因表达的关键作用,相关结果可以作为研究植物免疫增强子和基因表调控的良好资源。

我院在读博士研究生章颖为该论文的第一作者,李博教授为论文的通讯作者,姜道宏教授和付艳苹教授等参与此项研究。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金和华中农业大学自主科技创新基金等项目的资助。

图1. 植物免疫相关增强子的转录表达和染色体状态特征


原文链接:https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-022-01362-8

审核人:李博


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