在真核生物中，許多重要的發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子都發(fā)現(xiàn)能夠結(jié)合到基因內(nèi)部。然而，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合啟動子或遠(yuǎn)端的增強子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制已經(jīng)比較清楚，結(jié)合到基因內(nèi)部如何調(diào)控基因表達(dá)的分子機(jī)制卻知之甚少。近日，來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、深圳農(nóng)業(yè)基因組所、中科院生物物理所、加州大學(xué)戴維斯分校等6家合作單位的研究團(tuán)隊，通過研究TCP家族的CYC/TB1類轉(zhuǎn)錄因子—黃瓜卷須身份基因TEN調(diào)控卷須發(fā)育和運動的分子機(jī)制，為基因內(nèi)部結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子是如何調(diào)控基因表達(dá)這一基礎(chǔ)的科學(xué)問題提供了重要解答。相關(guān)研究成果于2020年7月13日以Regulation of plant architecture by a new histone acetyltransferase targeting gene bodies為題發(fā)表在Nature Plants上。
    在設(shè)施生產(chǎn)上，黃瓜栽培需要吊蔓生長，不需要黃瓜卷須的攀緣能力，同時卷須的發(fā)育使得庫容增大、競爭養(yǎng)分，需要及時地去除卷須，以促進(jìn)黃瓜的健康生長、保證坐果。人工去除卷須費時費工，因此培育適合輕簡化栽培的無卷須品種，是黃瓜株型改良的一個重要方向。該團(tuán)隊前期研究克隆了控制黃瓜卷須發(fā)育的身份基因TEN，并揭示了黃瓜卷須的同源器官是側(cè)枝——這一曾經(jīng)困擾達(dá)爾文的植物發(fā)育學(xué)謎團(tuán)。
    TEN屬于TCP家族中CYC/TB1類的轉(zhuǎn)錄因子，通過對TEN調(diào)控卷須的形態(tài)發(fā)育和運動能力的分子機(jī)制的研究，作者們揭示了TEN通過直接調(diào)控乙烯的合成來控制卷須的形態(tài)和攀援。該團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，TEN是一個新型的多功能轉(zhuǎn)錄因子，其C端負(fù)責(zé)結(jié)合到下游靶標(biāo)的基因內(nèi)增強子上，其N端結(jié)構(gòu)域是一類全新的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶，主要乙酰化修飾組蛋白H3的球體區(qū)域，維持染色質(zhì)開放，從而激活靶標(biāo)基因表達(dá)。TCP家族的CYC / TB1類轉(zhuǎn)錄因子在作物株型調(diào)控中起著核心作用，例如關(guān)鍵的馴化基因TB1通過抑制分蘗的形成，促使大芻草過渡到玉米。該團(tuán)隊通過分析TEN在玉米中的同源基因TB1，發(fā)現(xiàn)TB1通過相同的機(jī)制結(jié)合到關(guān)鍵靶標(biāo)的基因內(nèi)增強子激活基因表達(dá)；因此揭示了CYC/TB1類轉(zhuǎn)錄因子可能具有的保守的表達(dá)調(diào)控新機(jī)制。
進(jìn)一步針對人類中增強子結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子—HSF-1和ERα的全基因組結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究人員推測，在真核生物中，組蛋白球體區(qū)域乙酰化可能是基因內(nèi)部增強子表達(dá)調(diào)控的一個保守機(jī)制。該研究成果為揭示轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合到基因內(nèi)部如何調(diào)控基因表達(dá)的科學(xué)問題提出了新的見解，也為深入認(rèn)識株型發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了重要的突破。
    該研究得到了國家自然科學(xué)重點基金、國家自然科學(xué)基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。該論文第一作者為中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所楊學(xué)勇研究員、深圳農(nóng)業(yè)基因組所閆健斌研究員和西北農(nóng)林科技大學(xué)畢業(yè)博士生張震。通訊作者為中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究員。
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