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Plant Cell |作物表观遗传课题组揭示了拟南芥45S rRNA 表达调控的新机制

2023年12月14日,北京大学现代农业研究院作物表观遗传课题组联合华南农业大学王应祥实验室在Plant Cell 在线发表了题为“The MBD-ACD methylation reader complex recruits MICRORCHIDIA6 to regulate rRNA gene expression in Arabidopsis”的研究论文。该研究鉴定了一个识别DNA甲基化的蛋白复合体,并证明该蛋白复合体通过招募MORC6调控拟南芥45S rRNA基因的表达。

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真核生物基因组编码大量的45S rRNA基因,这些45S rRNA基因以串联重复的方式在基因组上分布,组成核仁组织区域(NORs)。拟南芥基因组在2号和4号染色体上臂末端分别有NOR2和NOR4。已有的研究表明NOR2在植物萌发一周以后开始被表观机制沉默。DNA甲基化在45S rRNA基因选择性沉默的过程中起重要作用,但参与该过程的DNA甲基化识别蛋白以及下游的效应蛋白还不清楚。我们的研究鉴定了一个蛋白复合体,并证明该复合体参与45S rRNA基因选择性沉默。该研究首先通过免疫沉淀-质谱联用(IP-MS)技术鉴定到了MBD5和MBD6的两个互作蛋白ACD15.5和ACD21.4,并通过一系列的蛋白互作实验证明MBD和ACD蛋白形成一个大的蛋白复合体。其中MBD5和MBD6是一类DNA甲基化识别蛋白,ACD15.5和ACD21.4属于一类含有α-crystallin结构域的蛋白。研究发现该蛋白复合体的成员都能够发生相分离,同时可以和45S rDNA很好地共定位进而参与调控45S rDNA的表达。

进一步的实验表明MBD-ACD复合体保持完整对于它们的正确定位和正常行使功能都非常重要,同时DNA甲基化和组蛋白乙酰化在调控45S rDNA表达的过程中也起到重要的作用。最后我们通过突变体筛选,发现MBD-ACD复合体能够招募染色质重塑因子MORC6。MORC6位于MBD-ACD的下游被招募到45S rDNA上,通过改变染色质的凝集状态,使得45S rDNA的表达发生了变化。

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北京大学现代农业研究院/北京大学现代农学院任志彤博士(现任四川农业大学农学院副教授),北京大学生命科学学院在读博士生勾润宇,已毕业博士生卓婉清和和复旦大学/华南农业大学陈芷郁博士为该论文的共同第一作者,北京大学现代农学院钱伟强研究员为论文的通讯作者。该研究项目得到国家自然科学基金面上项目等基金的支持。