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李传友研究组发现植物激素“核受体”作用机理

  激素调控植物生长发育和对环境适应性的方方面面。传统认为,植物激素的受体定位于细胞膜上。但最近的研究表明,茉莉酸、生长素等激素的受体却定位于细胞核中,这非常类似于动物激素的核受体。目前,人们对于植物激素核受体的生理意义及作用机理尚所知甚少。 

 

  茉莉酸是来源于不饱和脂肪酸的植物激素,主要调控植物的免疫反应和适应性生长。对应于病虫侵害或其它逆境刺激,活性茉莉酸被其核受体”COI1识别而释放核心转录因子MYC2的活性,进而在全基因组范围内激活茉莉酸响应基因的表达。众所周知,真核细胞中所有蛋白编码基因的转录都是由RNA聚合酶II完成的,而任何基因的转录表达都离不开特定的表观遗传环境。然而,目前人们尚不清楚COI1如何把茉莉酸信号准确无误地传递给RNA聚合酶II,以保证特异性地转录茉莉酸响应基因;也不清楚参与茉莉酸途径的表观遗传因子如何与COI1MYC2等遗传因子密切沟通,从而形成一个协调一致的茉莉酸响应基因表达谱。 

 

  转录中介体(Mediator)是进化上高度保守的由多个亚基组成的蛋白复合物。在基因转录过程中,转录中介体分别与基因特异的转录因子和RNA聚合酶II相互作用,介导二者之间的信息传递,被称为真核生物基因转录的中央控制器。中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组的研究表明,在茉莉酸信号转导中,植物Mediator的亚基MED25通过与“核受体”COI1直接相互作用而建立起了茉莉酸受体蛋白与RNA聚合酶II及染色质沟通的桥梁 

 

  他们的研究发现,在静息状态下,MED25通过直接相互作用把COI1招募到核心转录因子MYC2靶标基因的启动子区域;而当活性茉莉酸浓度升高时,MED25促进COI1依赖的对转录抑制子JAZ蛋白的降解。因而无论是在静息状态还是在激活状态下,MED25的作用都有利于MYC2对茉莉酸响应基因的转录调控。这些结果同时表明茉莉酸信号的识别实际发生在MYC2的靶标启动子区域。 

 

  进一步研究发现,MED25还与组蛋白乙酰基转移酶1HAC1)相互作用,而且二者的相互作用可以选择性地调控MYC2靶启动子H3K9乙酰化,从而促进茉莉酸响应基因的转录表达。此外,HAC1MYC2靶启动子上的富集与活性依赖于COI1MED25。因此,MED25COI1HAC1依赖的H3K9乙酰化联系起来,以激活MYC2对茉莉酸响应基因的转录调控。 

 

  李传友团队先前的研究表明,MED25还与核心转录因子MYC2直接相互作用从而把RNA聚合酶II招募到MYC2的靶标启动子区域(Chen et al., The Plant Cell, 2012)。因此,他们的研究揭示Mediator复合体的同一个亚基可将参与茉莉酸信号途径的遗传因子(受体蛋白COI1和核心转录因子MYC2)与表观遗传因子(HAC1)整合至一个协调一致的转录调控过程中。 

 

  重要的是,上述信号转导机制可能适用于那些受体位于细胞核中的其它植物激素(比如生长素)。不止如此,他们发现MED25的蛋白结构在高等动物中也是保守的;而且,人类的MED25也通过直接相互作用把甲状腺素等激素的核受体HAC1的同源蛋白CBP1整合到同一个协调一致的转录调控过程中。因此,他们的研究不仅发现了茉莉酸核受体的作用机理,而且揭示了尽管植物激素核受体的作用机制与动物中的有显著不同,但二者在与Mediator亚基互作及调控激素响应基因表达的层面有非常高的保守性。 

 

  该研究于2017102日在线发表于PNAS杂志(DOI:10.1073/pnas.1710885114)。李传友研究组的博士生安春鹏、李林和副研究员翟庆哲为论文并列第一作者,翟庆哲为共同通讯作者。研究工作得到了科技部重大研究计划、中国科学院战略性先导专项和国家自然科学基金委的资助。 

 

图:MED25核受体”COI1互作调控茉莉酸响应基因的表达