董愛(ài)武課題組和甘建華課題組合作揭示DNA5mC和6mA修飾 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)目的基因識(shí)別的分子基礎(chǔ)
2019年11月16日，我院遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董愛(ài)武課題組和甘建華課題組合作，在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）雜志發(fā)表了題為“Structural insights into target DNA recognition by R2R3-MYB transcription factors”的研究論文，揭示了DNA 5mC和6mA修飾調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)目的基因識(shí)別的分子基礎(chǔ)。
MYB 家族是動(dòng)、植物中保守存在的一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子，成員眾多，分為1R，R2R3，3R和4R四種類(lèi)型。其中R2R3類(lèi)型的MYB轉(zhuǎn)錄因子為植物所特有，在模式植物擬南芥中包含100多個(gè)成員，在初級(jí)代謝、次級(jí)代謝、細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控、生物與非生物脅迫以及生長(zhǎng)發(fā)育等方面發(fā)揮重要作用。盡管在植物中對(duì)R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子的功能進(jìn)行了比較廣泛的研究，其識(shí)別靶基因的分子基礎(chǔ)仍所知甚少。
董愛(ài)武課題組和甘建華課題組的合作研究解析了R2R3-MYB類(lèi)型轉(zhuǎn)錄因子WEREWOLF （WER）與DNA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，突變及ITC實(shí)驗(yàn)表明R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子特異識(shí)別的DNA順式元件（cis-elemnet）為5’-AACNDN-3’（D: A/T/G）。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)：植物與動(dòng)物MYB 轉(zhuǎn)錄因子在R3結(jié)構(gòu)域上擁有相同的DNA識(shí)別基序（motif），具有較高的保守性；但R2結(jié)構(gòu)域的DNA識(shí)別基序則在進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了差異。全基因組序列分析發(fā)現(xiàn)AACNDN順式元件在擬南芥基因組中廣泛存在，在33322個(gè)基因的啟動(dòng)子區(qū)域共包含1467251個(gè)AACNDN元件，其中111984個(gè)AACNDN元件中存在5mC或6mA甲基化修飾。體外ITC實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA5mC或6mA修飾均會(huì)顯著抑制WER與DNA的結(jié)合。該研究報(bào)道了第一個(gè)R2R3-MYB類(lèi)型轉(zhuǎn)錄因子的晶體結(jié)構(gòu)，也是首次證實(shí)DNA 6mA修飾直接影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。董愛(ài)武課題組的碩士生王百慧和博士生羅強(qiáng)為該論文的第一作者，董愛(ài)武教授和甘建華教授為通訊作者。
董愛(ài)武課題組于2017年發(fā)表在《The Plant Cell》上的研究證明WER可以與組蛋白分子伴侶NRP1形成蛋白復(fù)合體，WER識(shí)別靶基因GL2，NRP1協(xié)助移除靶基因上的核小體，共同促進(jìn)GL2的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)植物根毛發(fā)育。
上述兩個(gè)工作表明多種表觀遺傳機(jī)制如染色質(zhì)組裝及DNA甲基化修飾，可以共同參與轉(zhuǎn)錄因子對(duì)靶基因的調(diào)控過(guò)程，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)。
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz1081/5626523
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