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The lncRNA MARS modulates the epigenetic reprogramming of the marneral cluster in response to ABA

Molecular Plant 2022年第5期15卷 840-856页

作者： Thomas Roulé Aurelie Christ Nosheen Hussain Ying Huang Caroline Hartmann Moussa Benhamed Jose Gutierrez-Marcos Federico Ariel Martin Crespi Thomas Blein UniversitéParis-Saclay CNRSINRAEUniversitéEvryInstitute of Plant Sciences Paris-Saclay(IPS2)91190 Gif-sur-YvetteFrance Universitéde Paris Institute of Plant Sciences Paris-Saclay(IPS2)91190 Gif-sur-YvetteFrance Instituto de Agrobiotecnología del Litoral CONICETFBCBUniversidad Nacional del LitoralColectora Ruta Nacional 168 km 03000 Santa FeArgentina School of Life Sciences University of WarwickCoventry CV47ALUK

Clustered organization of biosynthetic non-homologous genes is emerging as a characteristic feature of plant *** co-regulation of clustered genes seems to largely depend on epigenetic reprogram-ming and three-dimensional chromatin *** this study,we identified the long non-coding RNA(lncRNA)marneral Silencing(MARS),localized inside the Arabidopsis marneral cluster,which con-trols the local epigenetic activation of its surrounding region in response to abscisic acid(ABA).MARS modulates the POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX 1(PRC1)component LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN 1(LHP1)binding throughout the cluster in a dose-dependent manner,determining H3K27me3 deposition and chromatin *** response to ABA,MARS decoys LHP1 away from the cluster and promotes the formation of a chromatin loop bringing together the marneral SYNTHASE 1(MRN1)locus and a distal ABA-responsive *** enrichment of co-regulated lncRNAs in clustered meta-bolic genes in Arabidopsis suggests that the acquisition of novel non-coding transcriptional units may constitute an additional regulatory layer driving the evolution of biosynthetic pathways.

关键词： lncRNA enhancer cluster chromatin conformation LHP1 ABA seed germination epigenetics marneral

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小檗碱对拟南芥根部thalianol和marneral基因簇作用的研究

小檗碱对拟南芥根部thalianol和marneral基因簇作用的研究

引用

作者：马菁菁华南农业大学

学位级别：硕士

小檗碱是一种常见的季铵类异喹啉类生物碱。本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)为实验材料,利用RNA-Seq和蛋白iTRAQ技术进行研究,在此基础上,主要以thalianol基因簇和marneral基因簇为研究对象,探讨了小檗碱最早响应的分子作用靶标... 详细信息

小檗碱是一种常见的季铵类异喹啉类生物碱。本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)为实验材料,利用RNA-Seq和蛋白iTRAQ技术进行研究,在此基础上,主要以thalianol基因簇和marneral基因簇为研究对象,探讨了小檗碱最早响应的分子作用靶标,以期阐明小檗碱的除草作用机理。为了深入了解小檗碱对植物根部的抑制作用,确定小檗碱作用的最低浓度和最早时间点,利用DR5-GFP拟南芥转基因材料,以小檗碱对拟南芥鲜重和根长抑制率的IC为基础(分别是6 mg·L和0.25 mg·L),分别用0.25 mg·L小檗碱处理生长7 d的拟南芥2 h,2.5 h,3 h,用6 mg·L小檗碱处理0.5 h,1 h,通过激光共聚焦观察生长素的分布情况。结果发现,0.25 mg·L小檗碱处理拟南芥根,处理后3 h开始对生长素的分布产生影响;6 mg·L小檗碱处理拟南芥根,处理后1 h开始对生长素的分布产生影响。为了进一步从分子水平上揭示小檗碱的作用机制,找出小檗碱最早响应的分子靶标,本研究通过RNA-Seq和蛋白iTRAQ技术,对小檗碱作用的相关分子机制进行了挖掘和分析。RNA-Seq结果中,共筛选出825个差异表达基因,有422个上调的基因和403个下调的基因,其中下调基因为本研究的关注对象。结合基因功能注释,差异表达基因GO功能分析和KEGG Pathway功能分析,有20个差异显著的代谢途径(Pmarneral基因簇是本研究中筛选出的小檗碱分子作用靶标;thalianol基因簇包含thas,thah,thad,ACT这四个基因,marneral基因簇包含MRN1,mro,CYP705A12这三个基因。蛋白iTRAQ分析结果中,有646个差异表达的蛋白,其中上调蛋白236个,下调蛋白410个,结合蛋白功能注释,差异表达蛋白GO功能分析和KEGG Pathway功能分析,有12个差异显著的代谢途径,且差异表达蛋白在嘌呤代谢(purine metabolism),淀粉和蔗糖代谢(starch and sucrose metabolism)和嘧啶代谢(pyrimidine metabolism)这些通路中含量最多。为了进一步从基因水平上验证小檗碱响应的最低浓度,以野生型拟南芥为材料,用0.25 mg·L分别处理0 h,0.5 h,1 h,1.5 h,2 h,2.5 h,3 h,3.5 h和4 h,通过RT-PCR,观察thas,thah和thad的基因表达量,结果发现,这三个基因均在3 h时表达量最低,分别为0.22,0.03和0.13。与激光共聚焦观察DR5-GFP生长素的分布情况得出的结果一致。利用野生型拟南芥,和七种T-DNA插入突变体:thas突变体,thah1-2突变体,thad1-1突变体,ACT突变体,MRN1突变体,mro突变体和CYP705A12突变体,分别用0.25 mg·L,6 mg·L小檗碱处理生长7 d的拟南芥根部,并取其根部进行RT-PCR,结果发现,用0.25 mg·L小檗碱处理3 h后,thas,thah,thad,ACT,MRN1,mro,CYP705A12,这七个基因在这八种拟南芥中,表达量均明显降低,这说明,thalianol基因簇和marneral基因簇是小檗碱最早响应的一个靶标。利用野生型、thas突变体、thah1-2突变体、thad1-1突变体、ACT突变体、MRN1突变体、mro突变体和CYP705A12突变体这八种拟南芥,分别用0.25 mg·L和6 mg·L小檗碱处理7 d和14 d,结果发现,7 d时,在0.25 mg·L和6 mg·L小檗碱作用下,thah1-2和thad1-1突变体的根比野生型拟南芥的根明显增长,14 d时,thah1-2突变体的根在0.25 mg·L时仍然表现出了比野生型拟南芥明显增长的现象。对这两个基因簇的上游调控基因arp6和hta9进行了RT-PCR,发现和对照组相比,在小檗碱的作用下其表达量没有变化,这说明小檗碱没有影响到thalianol和marneral基因簇的上游调控因子。综上所述,thah和thad基因是小檗碱在thalianol基因簇中主要的初始作用位点。小檗碱对植物根部的基因作用位点之一是倍半萜和三萜类生物合成(sesquiterpenoid and trit

关键词：小檗碱 RNA-Seq iTRAQ 拟南芥 thalianol marneral

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