ChIP-seq(組蛋白)揭示H3K36me修飾影響溫度誘導的植物可變剪接和開花
2017年，荷蘭瓦格寧根大學分子實驗室RGH Immink團隊以“Histone H3 lysine 36 methylation affects temperature-induced alternative splicing and flowering in plants”在《Genome Biology》雜志上發(fā)表研究文章，該研究通過染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）和轉錄組測序（RNA-seq）揭示了H3K36me修飾對高溫誘導的擬南芥植物的可變剪接(Alternative splicing ,AS)和開花具有重要的調控作用。
標題：Histone H3 lysine 36 methylation affects temperature-induced alternative splicing and flowering in plants（H3K36me修飾影響溫度誘導的擬南芥可變剪接和開花）
發(fā)表期刊：Genome Biology
發(fā)表日期：2017年06月 01日
影響因子：17.906
技術：染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）和RNA-seq
樣品：
背景和意義：
全球變暖嚴重影響植物的開花時間和繁殖成功率。mRNA前體的可變剪接(AS)是植物環(huán)境溫度控制反應的重要機制，但對其調控知之甚少。溫度升高通過改變關鍵調控基因的剪接促進了擬南芥植物形態(tài)的變化以及從營養(yǎng)階段向生殖階段的轉變。
本研究發(fā)現(xiàn)組蛋白標記H3K36me3在剪接調節(jié)和植物對環(huán)境溫度波動的可塑性中發(fā)揮了關鍵作用，為培育能夠更好地應對氣候變化引起的環(huán)境變化的作物開辟了新的前景。
實驗設計：
研究結果
（1）溫度誘導的差異剪接事件的鑒定
環(huán)境溫度的變化會觸發(fā)許多關鍵調控基因（包括各種開花時間調節(jié)因子）剪接的快速而穩(wěn)定的變化。
圖1：溫度誘導的差異剪接（DiS）事件動態(tài)
（2）DiS基因在H3K36me3修飾中富集
在DiS基因中觀察到H3K36me3組蛋白標記過表達，且在溫度升高后觀察到標記沉積變化，表明該標記在調節(jié)環(huán)境溫度誘導的可變剪接（AS）中發(fā)揮了作用。
圖2：溫度誘導的DiS基因在H3K36me3中富集
（3）H3K36me3促進調節(jié)溫度誘導的DiS事件
H3K36me3在擬南芥中調節(jié)溫度誘導的AS中發(fā)揮作用。
圖3：H3K36me3促進調節(jié)溫度誘導的可變剪接
（4）H3K36me3蛋白 writers、erasers和readers的突變影響高溫誘導的開花
H3K36me3 writers、erasers和readers中的突變會影響植物對環(huán)境溫度變化的反應，表明該組蛋白修飾在對該環(huán)境線索的可塑性中發(fā)揮了作用。
圖4：H3K36me3 writers、erasers和readers的突變影響溫度誘導的開花
結論：
mRNA前體的可變剪接（AS）是產生蛋白質多樣性或調節(jié)轉錄異構體豐度的關鍵機制，包括轉錄組中的快速變化。在溫度傳感中，AS代表了一種在植物發(fā)育中賦予可塑性的快速而靈活的方法。剪接的共轉錄性質為剪接和染色質狀態(tài)之間的交叉調控提供了可能。在哺乳動物中，組蛋白修飾有助于調節(jié)剪接。本研究展示了組蛋白修飾在植物AS調節(jié)中的直接作用。揭示了H3K36me3在擬南芥中控制溫度誘導的AS和溫度依賴性開花時間調控的關鍵作用。
除關鍵調節(jié)基因的AS賦予可塑性之外，由于對環(huán)境條件變化的快速和可逆反應，本研究關于H3K36me3在這一過程中的作用發(fā)現(xiàn)為溫度誘導的AS記憶開辟了有趣的前景�？梢灶A測溫度變化通過H3K36me3沉積而在染色質狀態(tài)中被記憶，從而導致特定的剪接模式，使植株在生命周期中記憶環(huán)境條件并適應氣候快速變化。
參考文獻：Pajoro A, Severing E, Angenent GC, Immink RGH. Histone H3 lysine 36 methylation affects temperature-induced alternative splicing and flowering in plants. Genome Biol. 2017 Jun 1;18(1):102.
發(fā)表期刊：Genome Biology
發(fā)表日期：2017年06月 01日
影響因子：17.906
技術：染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）和RNA-seq
樣品：
背景和意義：
全球變暖嚴重影響植物的開花時間和繁殖成功率。mRNA前體的可變剪接(AS)是植物環(huán)境溫度控制反應的重要機制，但對其調控知之甚少。溫度升高通過改變關鍵調控基因的剪接促進了擬南芥植物形態(tài)的變化以及從營養(yǎng)階段向生殖階段的轉變。
本研究發(fā)現(xiàn)組蛋白標記H3K36me3在剪接調節(jié)和植物對環(huán)境溫度波動的可塑性中發(fā)揮了關鍵作用，為培育能夠更好地應對氣候變化引起的環(huán)境變化的作物開辟了新的前景。
實驗設計：
研究結果
（1）溫度誘導的差異剪接事件的鑒定
環(huán)境溫度的變化會觸發(fā)許多關鍵調控基因（包括各種開花時間調節(jié)因子）剪接的快速而穩(wěn)定的變化。
圖1：溫度誘導的差異剪接（DiS）事件動態(tài)- 不同條件下獲得顯著DiS事件的拼接百分比（PSI）熱圖。
- 檢測到開花時間調節(jié)因子FLM(FLOWERING LOCUS M)和MAF2(MADS AFFECTING FLOWERING 2)，及富含精氨酸/絲氨酸的溫度調節(jié)剪接因子RS40(RICH SPLICING FACTOR 40)的DiS事件部分基因模型，以及RNA-seq結果相應繪圖區(qū)域。
- 溫度變化一天后DiS與完全差異表達基因（DEG）之間的重疊Venn圖。
（2）DiS基因在H3K36me3修飾中富集
在DiS基因中觀察到H3K36me3組蛋白標記過表達，且在溫度升高后觀察到標記沉積變化，表明該標記在調節(jié)環(huán)境溫度誘導的可變剪接（AS）中發(fā)揮了作用。
圖2：溫度誘導的DiS基因在H3K36me3中富集- 不同類別的基因，H3K36me3在不同類別基因的轉錄起始位點（TSS）和轉錄終止位點（TTS）周圍分布。
- 具有溫度誘導的DiS事件的目標基因H3K36me3圖譜
（3）H3K36me3促進調節(jié)溫度誘導的DiS事件
H3K36me3在擬南芥中調節(jié)溫度誘導的AS中發(fā)揮作用。
圖3：H3K36me3促進調節(jié)溫度誘導的可變剪接- WT中鑒定的顯著DiS事件在16℃和25℃（ΔPSI）之間的PSI差異分布以及sdg8-2和sdg26-1中的相應ΔPSI分布。
- 在WT 16℃和25℃的比較中，對于顯著的DiS事件，WT、sdg8-2和sdg26-1的絕對ΔPSI的經(jīng)驗累積分布函數(shù)（ecdf）圖。根據(jù)Kolmogorov-Smirnov檢驗，WT和sdg8-2或sdg26-1之間的ΔPSI分布明顯不同。
- DiS事件的兩個實例的部分基因模型和RNA-seq結果的相應繪圖區(qū)域。
（4）H3K36me3蛋白 writers、erasers和readers的突變影響高溫誘導的開花
H3K36me3 writers、erasers和readers中的突變會影響植物對環(huán)境溫度變化的反應，表明該組蛋白修飾在對該環(huán)境線索的可塑性中發(fā)揮了作用。
圖4：H3K36me3 writers、erasers和readers的突變影響溫度誘導的開花- 根據(jù)擬南芥中的適配器復合體模型，H3K36me3調節(jié)和剪接的卡通圖。H3K36me3修飾的組蛋白通過與剪接調節(jié)因子（SRs）如PTB互作的適配器（如MRG1和MRG2）相結合。剪接調節(jié)因子在促進或預防AS中起著重要作用。
- WT、sdg8-2和sdg26-1植物在16℃下持續(xù)生長或五周后移到25°C的開花時間。
- WT、jmj30-1和jmj30-OE植物的開花時間如（b）所示。JMJ30丟失增加了對溫度誘導開花的反應，而JMJ30活性增加則相反。
- WT、mrg1-1和mrg2-3植物的開花時間如（b）所示。mrg1-1和mrg2-3植物對溫度的響應較小。
結論：
mRNA前體的可變剪接（AS）是產生蛋白質多樣性或調節(jié)轉錄異構體豐度的關鍵機制，包括轉錄組中的快速變化。在溫度傳感中，AS代表了一種在植物發(fā)育中賦予可塑性的快速而靈活的方法。剪接的共轉錄性質為剪接和染色質狀態(tài)之間的交叉調控提供了可能。在哺乳動物中，組蛋白修飾有助于調節(jié)剪接。本研究展示了組蛋白修飾在植物AS調節(jié)中的直接作用。揭示了H3K36me3在擬南芥中控制溫度誘導的AS和溫度依賴性開花時間調控的關鍵作用。
除關鍵調節(jié)基因的AS賦予可塑性之外，由于對環(huán)境條件變化的快速和可逆反應，本研究關于H3K36me3在這一過程中的作用發(fā)現(xiàn)為溫度誘導的AS記憶開辟了有趣的前景�？梢灶A測溫度變化通過H3K36me3沉積而在染色質狀態(tài)中被記憶，從而導致特定的剪接模式，使植株在生命周期中記憶環(huán)境條件并適應氣候快速變化。
參考文獻：Pajoro A, Severing E, Angenent GC, Immink RGH. Histone H3 lysine 36 methylation affects temperature-induced alternative splicing and flowering in plants. Genome Biol. 2017 Jun 1;18(1):102.
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