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低温胁迫是影响植物正常生长发育的主要因素之一,也是农业生产面临的重大灾害之一。探究植物在低温胁迫响应的分子机制对于培育优质种质、保证农业生产可持续发展有着重要意义。二穗短柄草(Brachypodium distachyon)是作为禾本科植物的新模式材料,具有广泛的环境适应性和遗传多样性,是开展环境胁迫研究的理想材料。
CBF(CRT/CRE binding factor)转录因子在植物低温胁迫响应中发挥着重要作用。但是其在基因组水平的调控靶点及网络还不清楚。基于此,采用DNA亲和纯化实验及高通量测序技术(DAP-seq)开展了二穗短柄草CBF的基因组水平绑定位点的分析工作。研究结果概括如下:
(1)通过分析CBF1/2/3的DAP信号和去甲基化DAP(ampDAP)信号在转录起始位点附近的强弱,发现DAP信号在转录起始附近减弱,而ampDAP信号较强。为了探究造成这种差异现象的原因,分别对CBF1/2/3的DAP位点和ampDAP位点以及DNA超敏感位点的AT/TA、GC/CG含量,以及与DNA超敏感位点和转座子区域重叠的情况展开了分析,结果发现DAP位点的AT/TA含量高于GC/CG含量的结构特征,然而,ampDAP位点的GC/CG含量高于AT/TA含量的结构特征。
(2)通过对CBF1/2/3调控的邻近基因进行GO功能富集分析,发现DAP位点邻近基因和ampDAP位点邻近基因的分子功能,大部分都是与染色体结构、DNA构型等相关。DAP位点含有较多的AT/TA碱基对,易使DNA结构发生弯曲,发现此DNA结构与包装核小体的DNA结构很相似。
(3)分析CBF1/2/3的DAP位点富集在启动子区域所包含的顺式作用元件中,发现CBF的DAP位点所在的调控区包含有和冷响应相关的长末端重复序列(LTR):CGGAAA,因此证实了CBF1/2/3靶定的调控区和调控冷诱导基因表达有关。
(4)通过分析CBF1/2/3DAP位点甲基化,发现在CG、CHG、CHH序列景下,CBF1/2/3结合的DNA甲基化含量低于侧翼序列,整体的甲基化含量高低:mCG>mCHG>mCHH。通过探究靶定在每个基因区域的CBF1/2/3的DAP位点甲基化含量对基因表达的影响,发现在内含子区和外显子区域内的DAP位点的甲基化含量很高,和基因的表达量呈正相关。TSS上游1Kb区域内DAP位点甲基化含量和CBF1/2/3基因表达呈负相关,但是在CG序列背景下,基因下游CBF1的DAP位点甲基化含量和基因表达呈很强的正相关。
(5)通过qPCR实验验证CBF1/2/3的表达,只有CBF2/3基因表达上调,而CBF1表达下调,结果表明CBF1可能和冷胁迫响应调控呈负相关,而CBF2/3和冷胁迫响应调控呈正相关。
上述结果对认识CBF1/2/3转录因子在Bd21中是否具有冷胁迫响应调控的作用机理提供了重要依据,为推动体外研究转录因子提供了参考。
CBF(CRT/CRE binding factor)转录因子在植物低温胁迫响应中发挥着重要作用。但是其在基因组水平的调控靶点及网络还不清楚。基于此,采用DNA亲和纯化实验及高通量测序技术(DAP-seq)开展了二穗短柄草CBF的基因组水平绑定位点的分析工作。研究结果概括如下:
(1)通过分析CBF1/2/3的DAP信号和去甲基化DAP(ampDAP)信号在转录起始位点附近的强弱,发现DAP信号在转录起始附近减弱,而ampDAP信号较强。为了探究造成这种差异现象的原因,分别对CBF1/2/3的DAP位点和ampDAP位点以及DNA超敏感位点的AT/TA、GC/CG含量,以及与DNA超敏感位点和转座子区域重叠的情况展开了分析,结果发现DAP位点的AT/TA含量高于GC/CG含量的结构特征,然而,ampDAP位点的GC/CG含量高于AT/TA含量的结构特征。
(2)通过对CBF1/2/3调控的邻近基因进行GO功能富集分析,发现DAP位点邻近基因和ampDAP位点邻近基因的分子功能,大部分都是与染色体结构、DNA构型等相关。DAP位点含有较多的AT/TA碱基对,易使DNA结构发生弯曲,发现此DNA结构与包装核小体的DNA结构很相似。
(3)分析CBF1/2/3的DAP位点富集在启动子区域所包含的顺式作用元件中,发现CBF的DAP位点所在的调控区包含有和冷响应相关的长末端重复序列(LTR):CGGAAA,因此证实了CBF1/2/3靶定的调控区和调控冷诱导基因表达有关。
(4)通过分析CBF1/2/3DAP位点甲基化,发现在CG、CHG、CHH序列景下,CBF1/2/3结合的DNA甲基化含量低于侧翼序列,整体的甲基化含量高低:mCG>mCHG>mCHH。通过探究靶定在每个基因区域的CBF1/2/3的DAP位点甲基化含量对基因表达的影响,发现在内含子区和外显子区域内的DAP位点的甲基化含量很高,和基因的表达量呈正相关。TSS上游1Kb区域内DAP位点甲基化含量和CBF1/2/3基因表达呈负相关,但是在CG序列背景下,基因下游CBF1的DAP位点甲基化含量和基因表达呈很强的正相关。
(5)通过qPCR实验验证CBF1/2/3的表达,只有CBF2/3基因表达上调,而CBF1表达下调,结果表明CBF1可能和冷胁迫响应调控呈负相关,而CBF2/3和冷胁迫响应调控呈正相关。
上述结果对认识CBF1/2/3转录因子在Bd21中是否具有冷胁迫响应调控的作用机理提供了重要依据,为推动体外研究转录因子提供了参考。