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Roles of MEM1 in safeguarding Arabidopsis genome against DNA damage, inhibiting ATM/sog1-mediated DNA damage response,and antagonizing global DNA hypermethylation

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Journal of Integrative Plant Biology 2022年第1期64卷 87-104页

作者： Qianqian Wang Yumei La Huihui Xia Shaoxia Zhou Zhaoyu Zhai Honggui La College of Life Sciences Nanjing Agricultural UniversityNanjig 210095China College of Plant Protection Nanjing Agricultural UniversityNanjig 210095China College of Artificial Intelligence Nanjing Agricultural UniversityNanjig 210095China

Arabidopsis methylation elevated mutant 1(mem1)mutants have elevated levels of global DNA methylation. In this study, such mutant alleles showed increased sensitivity to methyl methanesulfonate(MMS). In mem1 mutants, an assortment of genes engaged in DNA damage response(DDR), especially DNA-repair-associated genes, were largely upregulated without MMS treatment, suggestive of activation of the DDR pathway in them. Following MMS treatment, expression levels of multiple DNArepair-associated genes in mem1 mutants were generally lower than in Col-0 plants, whichaccounted for the MMS-sensitive phenotype of the mem1 mutants. A group of DNA methylation pathway genes were upregulated in mem1 mutants under non-MMS-treated conditions, causing elevated global DNA methylation, especially in RNAdirected DNA methylation(Rd DM)-targeted regions.Moreover, MEM1 seemed to help ATAXIATELANGIECTASIA MUTATED(ATM) and/or SUPPRESSOR OF GAMMA RESPONSE 1(sog1) to fully activate/suppress transcription of a subset of genes regulated simultaneously by MEM1 and ATM and/or sog1, because expression of such genes decreased/increased consistently in mem1 and atm and/or sog1 mutants, but the decreases/increases in the mem1 mutants were not as dramatic as in the atm and/or sog1 mutants. Thus, our studies reveals roles of MEM1 in safeguarding genome, and interrelationships among DNA damage, activation of DDR, DNA methylation/demethylation, and DNA repair.

关键词： ATM cell death DDR DNA demethylation DNA methylation DNA repair MEM1 MMS sog1 ROS1

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Distinctive and complementary roles of E2F transcription factors during plant replication stress responses

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Molecular Plant 2023年第8期16卷 1269-1282页

作者： Maherun Nisa Thomas Eekhout Clara Bergis Jose-Antonio Pedroza-Garcia Xiaoning He Christelle Mazubert Ilse Vercauteren Toon Cools Rim Brik-Chaouche Jeannine Drouin-Wahbi Layla Chmaiss David Latrasse Catherine Bergounioux Klaas Vandepoele Moussa Benhamed Lieven De Veylder Cécile Raynaud Universite Paris-Saclay CNRSINRAEUniversite EvryInstitute of Plant Sciences Paris-Saclay(IPS2)91190 Gif-sur-YvetteFrance Universite de Paris Cite CNRSINRAEInstitute of Plant Sciences Paris-Saclay(IPS2)91190 Gif-sur-YvetteFrance Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics Ghent University9052 GhentBelgium Center for Plant Systems Biology VIB9052 GhentBelgium Present address:Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory Salk Institute for Biological StudiesLa JollaCA 92037USA

Survival of living organisms is fully dependent on their maintenance of genome integrity,being permanently threatened by replication stress in proliferating cells.Although the plant DNA damage response(DDR)regulator sog1 has been demonstrated to cope with replication defects,accumulating evidence points to other pathways functioning independent of sog1.Here,we report the roles of the Arabidopsis E2FA and EF2B transcription factors,two well-characterized regulators of DNA replication,in plant response to replication stress.Through a combination of reverse genetics and chromatin immunoprecipitation approaches,we show that E2FA and E2FB share many target genes with sog1,providing evidence for their involvement in the DDR.Analysis of double-and triple-mutant combinations revealed that E2FB,rather than E2FA,plays the most prominent role in sustaining plant growth in the presence of replication defects,either operating antagonistically or synergistically with sog1.Conversely,sog1 aids in overcoming the replication defects of E2FA/E2FB-deficient plants.Collectively,our data reveal a complex transcriptional network controlling the replication stress response in which E2Fs and sog1 act as key regulatory factors.

关键词： replication stress E2F sog1 cell cycle Arabidopsis

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拟南芥铝毒敏感突变体sta1的初步功能分析

拟南芥铝毒敏感突变体sta1的初步功能分析

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作者：肖晨晨浙江大学

学位级别：硕士

铝毒是全世界范围内酸性土壤中限制作物生产的最主要因素,研究植物如何响应铝胁迫对于培育耐铝作物至关重要。近年来,研究人员在植物抗铝机制,特别是抗铝信号转导研究方面取得多项重要进展,植物质外体排斥和共质体耐受的抗铝机制也得到... 详细信息

铝毒是全世界范围内酸性土壤中限制作物生产的最主要因素,研究植物如何响应铝胁迫对于培育耐铝作物至关重要。近年来,研究人员在植物抗铝机制,特别是抗铝信号转导研究方面取得多项重要进展,植物质外体排斥和共质体耐受的抗铝机制也得到了较好阐释,但DNA作为铝毒的重要靶标,铝胁迫如何通过诱导DNA损伤介导根生长抑制的研究仍鲜有报道。为了挖掘参与植物铝毒响应的新基因,我们构建了拟南芥EMS突变体库,并从中筛选出一个铝敏感株系,命名为sta1（sensitive to aluminum1）突变体。铝含量测定及苏木精染色实验表明sta1与野生型相比根尖结合了更多的铝,同时sta1根系苹果酸分泌显著降低。但奇怪的是sta1中铝响应基因（如ALMT1、ALS3、GDH1等）的表达水平与野生型并无显著差异,说明sta1的铝敏感表型在一定程度上与已知的抗铝机制缺失无关。通过比较铝处理下拟南芥野生型和sta1根系RNA-seq结果,我们发现二者差异基因中有多个与苹果酸内稳态关联的代谢相关基因（如NADP-ME1、MDH2、GAPDH）和DNA损伤响应（DDR）基因（包括NAC103、GMI1等）的差异最为明显。DNA损伤诱导剂zeocin处理条件下,sta1有着更强的DDR表型;而ATM抑制剂KU-55933则抑制DDR相关基因的表达,同时大幅回复sta1的铝敏感表型,但不能回复其铝胁迫下的苹果酸分泌,说明sta1的铝敏感性可能由有机酸分泌的下降和DDR的组成型激活两个因素共同决定,并且突变体中DDR相关基因的组成型激活表达部分依赖于ATM-sog1组件。尽管全基因组测序和BSA分析并没有帮助我们找到目标基因,但我们发现已知抗铝基因和DDR相关的基因并没有在sta1突变体中发生突变,说明控制sta1铝敏感表型的仍是一个未知基因,且可能是一个新的DDR负调控基因。综上所述,我们筛选到了一个拟南芥铝敏感突变体sta1,并从生理和分子层面解析了该突变体的铝敏感表型。本研究丰富了铝胁迫激活的DDR网络,建立铝胁迫下的能量代谢与DDR的联系,可能为培育耐铝作物提供新的策略。

关键词：铝毒 DDR ATM sog1 NAC103

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