科學(xué)家破解了提高植物抗逆性的代碼

在任何真核生物中，細(xì)胞中的DNA不是作為松散鏈存在，而是作為高度濃縮的復(fù)合物存在，其由DNA和稱為組蛋白的其他蛋白質(zhì)組成?？偟膩?lái)說(shuō)，這種濃縮結(jié)構(gòu)被稱為染色質(zhì)，這種包裝對(duì)于維持DNA結(jié)構(gòu)和序列的完整性非常重要。然而，由于染色質(zhì)限制了DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，染色質(zhì)的修飾(通過(guò)修飾組蛋白)是基因調(diào)控的重要形式，被稱為表觀遺傳調(diào)控?，F(xiàn)在，由東京理科大學(xué)的Sachihiro Matsunaga教授領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，其中心是一種名為賴氨酸特異性脫甲基酶1樣1(LDL1)的組蛋白去甲基化酶。松永教授表示，“

生物體的基因組經(jīng)常受到各種應(yīng)力的影響，導(dǎo)致其中的不穩(wěn)定性或錯(cuò)誤，導(dǎo)致序列中的損傷或“中斷”。這些斷裂通過(guò)稱為同源重組(HR)的過(guò)程自主修復(fù)，因此，HR對(duì)于維持基因組的穩(wěn)定性是必不可少的。與所有其他基因調(diào)控過(guò)程一樣，需要修改染色質(zhì)結(jié)構(gòu)以使HR順利發(fā)生。Matsunaga教授和團(tuán)隊(duì)之前發(fā)現(xiàn)了一種名為RAD54的保守蛋白質(zhì); 他們發(fā)現(xiàn)RAD54參與模式植物擬南芥中的染色質(zhì)重塑，從而有助于基因組穩(wěn)定性和對(duì)DNA損傷的反應(yīng)。然而，在HR位點(diǎn)募集RAD54和RAD54從該位點(diǎn)的適當(dāng)解離對(duì)于它發(fā)揮其作用是重要的。

使用共免疫沉淀和質(zhì)譜等技術(shù)科學(xué)家首先在擬南芥基于HR的DNA損傷修復(fù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并列出了與RAD54相互作用的蛋白質(zhì)并用染色質(zhì)調(diào)節(jié)其動(dòng)力學(xué)。然后他們首次發(fā)現(xiàn)組蛋白去甲基化酶LDL1在DNA損傷位點(diǎn)與RAD54相互作用。他們發(fā)現(xiàn)RAD54與染色質(zhì)H3(H3K4me2)中四種核心組蛋白之一的甲基化第四賴氨酸氨基酸特異性相互作用?？茖W(xué)家隨后發(fā)現(xiàn)LDL1通過(guò)去甲基化H3K4me2來(lái)抑制這種相互作用。他們得出結(jié)論，LDL1通過(guò)H3K4me2的去甲基化從DNA損傷位點(diǎn)去除過(guò)量的RAD54，從而促進(jìn)擬南芥中的HR修復(fù)。因此，LDL1確保RAD54從DNA中的HR修復(fù)位點(diǎn)適當(dāng)解離。

Matsunaga教授說(shuō)，這個(gè)令人興奮的結(jié)果說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)是植物科學(xué)和基礎(chǔ)分子生物學(xué)的重要補(bǔ)充。這是我們之前研究的延伸，表明RAD54在擬南芥的受損部位積累，過(guò)量RAD54抑制損傷我們的新研究表明，LDL1通過(guò)從受損部位移除RAD54來(lái)幫助和改善DNA損傷修復(fù)。“

那么，為什么這項(xiàng)研究的結(jié)果如此重要?Matsunaga也解釋了這一點(diǎn)。“與動(dòng)物不同，植物是靜止的，因此更容易受到環(huán)境壓力的影響，如高溫，干燥，病原體，寄生蟲(chóng)和惡劣的土壤條件，”松永說(shuō)，“這些壓力通過(guò)引起DNA抑制植物的發(fā)育和生長(zhǎng)因此，有效的DNA損傷反應(yīng)對(duì)于確保植物的最佳生長(zhǎng)和存活至關(guān)重要。我們的研究揭示了一種可能的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，可以改善植物的DNA損傷反應(yīng)。

最后，Matsunaga教授談到了該小組研究中最重要的應(yīng)用。“植物可以用LDL1進(jìn)行處理，人工控制表觀遺傳修飾，使它們對(duì)感染，環(huán)境壓力和機(jī)械應(yīng)力等壓力更具耐受性，”Matsunaga說(shuō)。“我們認(rèn)為這將有助于創(chuàng)造具有改善的生長(zhǎng)和壽命以及更好的特性的作物植物抗性品種，從而有助于全球糧食安全。”