水稻组蛋白H3K36甲基化识别和传递的分子机制研究

As a key epigenetic regulation mechanism, histone methylation plays an important role in plant growth and development. In our previous study, we found that SDG725 encodes a H3K36 methyltransferase in rice. SDG725-mediated H3K36 methylation was found to be involved in BR-related gene expression and flowering time control. To deepen our knowledge on biological function of H3K36 methylation, we try to seek the potential H3K36 methylation readers in rice, which have never been identified in plant. The analysis of H3K36 methylation readers, together with the studies of their binding proteins, will help us to decipher the establishment of epigenetic codes by the enzymes, deepen our understanding in the molecular mechanism for signal transduction of the methylation, even to provide useful information for molecular breeding.

组蛋白修饰是表观遗传学研究的核心内容之一。我们实验室前期的研究报道了一个水稻H3K36甲基转移酶SDG725，其功能缺失突变体表现出油菜素内酯缺乏的典型特征，并且影响了植物的开花。为了深入研究植物中H3K36 甲基化修饰的重要功能和调控机制，我们试图去寻找水稻中可能的H3K36甲基化的识别蛋白。本项目旨在利用遗传学、生物化学、分子生物学、细胞学等方法，通过分离和鉴定水稻H3K36甲基化修饰的识别蛋白并研究其功能，结合识别蛋白的结合蛋白的研究，进而探索组蛋白甲基化修饰识别和传递的分子机制。这项研究不仅可以填补植物中有关H3K36甲基化识别蛋白研究的空白，还将有助于了解识别蛋白对目的基因的特异识别以及组蛋白甲基化修饰后的信息传递，从而深入了解植物H3K36甲基化修饰的生理意义。

组蛋白修饰是表观遗传学研究的核心内容之一。为了深入研究植物中H3K36 甲基化修饰的重要功能和调控机制，我们筛选和鉴定了植物中新的甲基转移酶和可能的H3K36甲基化的识别蛋白。在水稻中，我们发现水稻MRG(Morf Related Gene)蛋白MRG702可以特异识别H3K36的三甲基化修饰。MRG702通过识别SDG725所建立的H3K36甲基化修饰直接结合到BR相关基因和开花基因的染色质区域，从而调控了BR途径和水稻开花。MRG702的同源蛋白拟南芥MRG1/2，它们会与光周期途径的核心基因CONSTANS相互作用，共同促进成花素基因FT的表达，从而促进长日照下的植物开花。此外，我们还分离鉴定了一个水稻中新的H3K36特异的组蛋白甲基转移酶SDG708。SDG708可以以未修饰的H3K36为底物进行单、双和三甲基化修饰。SDG708通过介导H3K36的甲基化修饰，调节开花基因的表达以及多种生物学进程。本项目利用遗传学、生物化学、分子生物学、细胞学等方法，通过分离和鉴定H3K36甲基转移酶和甲基化识别蛋白，结合识别蛋白的结合蛋白的研究，进而探索组蛋白甲基化修饰识别和传递的分子机制。这项研究不仅填补了植物中有关H3K36甲基化识别蛋白研究的空白，还有助于了解识别蛋白对目的基因的特异识别以及组蛋白甲基化修饰后的信息传递，从而深入了解植物H3K36甲基化修饰的生理意义。