组蛋白甲基化修饰调控拟南芥冷响应基因TCF1的机制研究

Histone modification plays important roles in plant development and plant coping with abiotic stress. Recently, some molecular mechanism progresses on low temperature in plants have achieved. While the roles of histone modification in plants response to cold stress remain largely unknown. We had studied the function of an RCC1 (Regulators of Chromosome Condensation1) family like protein TCF1 (Tolerant to Chilling and Freezing1) which null mutation tcf1 mutant showed a cold tolerance phenotype compared with wild type.TCF1 interacts with core histones and affects histone modification of its downregulated genes. We focus on the relationship between TCF1 gene expression and histone modification. TCF1 gene is a target of H3K37me3, and TCF1 gene expression regulated by low occupation of histone H3K37me3. Further study will exam whether histone modification, methyltransferase/demethyltransferase and ICE1 protein involve in regulating TCF1 gene expression. Our research will provide some evidences for histone modification in plant response to cold stress.

组蛋白修饰在植物生长发育和抗逆等生命过程中起着重要作用。近年来植物应答低温胁迫的分子机制的研究已经取得了很大进展，但基于组蛋白修饰的调控机制在冷驯化中的研究还知之甚少。前期工作中，我们发现了拟南芥RCC1家族基因TCF1（Tolerant to Chilling and Freezing1）受低温诱导表达，其无义突变体tcf1比野生型更加耐冷；TCF1蛋白与核心组蛋白结合，通过组蛋白修饰调控下游基因表达，发挥其在冷信号通路中的作用。但是TCF1基因自身在冷驯化中的表达调控模式与组蛋白修饰之间的调控机制尚不清楚。已有数据表明TCF1基因的表达受组蛋白H3K27me3甲基化水平调控，本研究将详细探讨组蛋白H3K27me3甲基化修饰,甲基化修饰酶以及TCF1基因上游调控蛋白ICE1与TCF1基因表达之间的调控关系。本研究将对深入理解组蛋白修饰参与调控植物的冷信号通路有一定的理论意义。

低温是一种环境胁迫，严重影响植物生长、分布以及作物产量。组蛋白修饰作为表观遗传学研究的热点内容，在植物生长发育和抗逆等生命过程中起着重要作用。近年来，以拟南芥为模式植物开展植物应答低温胁迫的分子机制研究取得了较大进展，但组蛋白修饰参与调控植物应答低温信号的机制研究还较少。我们通过详尽分析拟南芥RCC1（Regulator of Chromatin Condensation 1）家族蛋白TCF1（Tolerant to Chilling and Freezing 1）编码基因的表达模式，发现该基因作为组蛋白H3K27me3修饰的靶标，参与组蛋白修饰调节低温信号的过程。研究表明TCF1基因的表达受组蛋白H3K27me3 甲基化水平的调控，常温下组蛋白H3K27me3修饰水平在TCF1基因启动子区积累，抑制其表达，而低温处理情况下，TCF1基因启动子区积累的H3K27me3 甲基化水平下降，解除对TCF1基因表达的抑制作用，导致TCF1基因表达升高；H3K27me3甲基化水平受组蛋白甲基化酶SWN和CLF2以及组蛋白去甲基化酶REF6调控，低温情况下，swn-2，clf2和ref6-1突变体中TCF1基因表达发生变化，ref6-1较高的H3K27me3甲基化水平抑制低温下TCF1基因表达，可能是提高ref6-1低温耐受能力的原因之一，而swn-2，clf2中H3K27me3较低甲基化水平导致低温下TCF1基因的高表达，可能是导致swn-2和clf2产生低温敏感表型的原因之一；遗传学试验证明TCF1位于甲基化酶基因(CLF2和SWN)和去甲基化酶基因REF6的下游。此外，染色质免疫共沉淀和凝胶阻滞试验均表明ICE1不能结合到TCF1基因启动子区MYC元件上，ICE1以其他方式调控TCF1基因在低温下的表达。本研究将对深入理解组蛋白修饰参与调控植物的冷信号通路提供理论参考。