表观调控因子对沉默信号在细胞间的移动和感知的作用研究

In plants, effective silencing of a transgene includes a silencing phenomenon termed silencing transitivity requires siRNA biogenesis and spreading of methylation along the target DNA sequence, as well as a non-cell autonomous process allows RNA silencing to spread from cell-to-cell and throughout the whole plant. However, exogenous inverted repeat sequence (exo-IR) transgenes expressed in plants are not always able to efficiently silence related endogenous coding genes. Our study, by using a previously reported chemical-inducible RNAi system, reveal that DRD1-Pol V-dependent RdDM required to reinforce self-silencing of exo-IR may play a role to prevent inappropriate silencing of the endogenous target transcript in wild-type plants. In this research, we will further investigate involvement of RdDM components (e.g. NRPD1 and DCL3) in transitivity, cell-to-cell movement and sensing of silencing signals. Moreover, we will functionally investigate another epigenetic modifications protein IBM1, a jmjc domain protein that control of genic DNA methylation, in regulation of silencing of active endogenous protein-coding genes. Our aims are to understand the molecular basis of two different kinds of DNA methylation in the limited spreading of endogenous gene silencing signal. By combination with study of plant viral suppressors, our study will illustrate how the different epigenetic components contribute to response of biotic stress in inducing endogenous gene silencing.

植物中，诱导转基因沉默的信号能有效地长距离传递，即：系统沉默。我们的研究发现，一些DNA甲基化（RdDM）表观调控因子（如PolV，DRD1）参与诱导DNA甲基化和沉默信号的产生，并负调控内源基因的系统沉默。本项目将利用我们建立的可诱导RNAi植物体系（PDSi）对参与调控非编码（non-coding）DNA和重复序列(repeat sequence)甲基化的表观遗传蛋白（如NRPD1，DCL3）对细胞间沉默信号的移动和识别进行进一步研究；同时对另一类参与编码基因(coding gene)body甲基化的表观调控蛋白（如IBM1）是否参与内源基因沉默信号产生和细胞间传递的调控进行探究。力求探明两类不同的DNA甲基化对内源沉默信号在细胞间的移动和感知的调控。揭示植物内源基因沉默系统传递的不可持续性的本质；结合病毒沉默抑制子，探明植物调控内源基因沉默对应答生物胁迫的生物学意义。

我们围绕本项目的研究目标：通过对RdDM 途径的non-coding DNA 甲基化调控蛋白和coding gene body 甲基化参与内源基因沉默信号产生、在细胞间的移动和细胞对沉默信号的感知等进行研究。首先，利用我们建立的可诱导RNAi 植物体系（PDSi），对参与调控非编码（non-coding）DNA 和重复序列(repeat sequence)甲基化的RdDM蛋白，对细胞间沉默信号的扩散作用进行了研究。对局部和系统叶片中PDS的siRNAs和mRNA分析发现：与我们前期研究的其他RdDM蛋白，如PolV和DRD1（参与诱导DNA 甲基化和沉默信号的产生并负调控内源基因的系统沉默）不同，该项目中所研究的蛋白的缺失不影响局部PDS的沉默诱导，但可能影响了局部产生的沉默信号到系统叶的传递，表明该蛋白除了参与siRNA的产生，可能同时在非自主性沉默信号的传递或感应过程起重要作用。.同时，我们对另一类参与编码基因(coding gene)body甲基化的表观调控蛋白（组蛋白去甲基化酶IBM1）进行研究，发现IBM1突变造成PDSi系统中PDS产生的siRNA有所降低，但沉默诱导子的启动子CHH甲基化及其扩散加强，与抑制诱导内源PDS系统沉默一致，表明IBM1参与并正调控植物内源基因应答外源诱导的非自主性沉默。.另外，我们对植物non-coding 和coding gene甲基化对病毒侵染的不同应答模式解甲基化的生物学意义进行探讨，发现病毒沉默抑制子干扰coding genes的甲基化，诱导抗性基因的表达；而沉默抑制子干扰non-coding重复序列的甲基化，诱导产生大量来源于non-coding重复序列的内源siRNAs，而这些siRNAs可能组装成为依赖病毒复制同时反过来制约病毒繁殖的长非编码亚病毒RNA（即所谓的卫星RNA）。我们的研究一方面为病毒CMV卫星RNA起源于宿主基因组提供了基因组水平的证据；另一方面也揭示植物编码基因和重复序列甲基化的表观遗传调控在应答病毒侵染过程的不同应答模式和重要生物学意义。