斯坦福大学发现ABA和CO2触发特异性染色质重塑响应胁迫

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植物生物技术Pbj

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-12-21

摘要：

染色质结构重塑后允许转录因子结合靶DNA被认为是基因调控的关键步骤，受环境刺激和植物激素信号调控。ABA作为一种主要的植物应激激素，在受非生物胁迫的细胞和组织中积累，触发了拟南芥基因组中数千个基因的差异表达，然而，目前还不清楚ABA是否重塑了染色质结构，以及ABA调节的转录因子在染色质背景下可能如何发挥作用。近日，来自斯坦福大学的Julian I. Schroeder团队在PNAS发表研究成果“Distinct guard cell–specific remodeling of chromatin accessibility during abscisic acid– and CO2-dependent stomatal regulation”，该研究从拟南芥植株中分离出保卫细胞细胞核，发现ABA在保卫细胞、根和叶肉细胞中触发广泛和动态的染色质重塑，具有明确的细胞类型特异性模式。同时证明ABA和CO2诱导了不同的染色质重塑程序，启动了基因组的非生物抗性。为了测量染色质结构的变化，作者将荧光激活核分选(FANS)与利用转座酶研究染色质可进入性的测序技术 (ATAC-seq)相结合，用ABA处理整个幼苗，并在4小时后绘制染色质可及性图谱。差异分析显示，数百个区域在ABA的作用下显着增加或减少染色质可及性。为了捕捉ABA诱导的染色质重塑的动力学，作者重点研究了能够迅速从周围环境中吸收ABA的根，发现ABA触发的根中染色质可及性随时间发生变化，同时ABA调节的可及染色质区域(ACRs)往往比静态区域距离转录起始位点(TSS)(>1kb)更远。此外，ABF/AREB转录因子识别的基序在ABA诱导的ACRs中高度富含。由于ABA能诱导幼苗及根全基因组快速重塑染色质，作者决定研究ABA对成熟保卫细胞染色质的影响。首先开发了一种荧光激活细胞分选(FACS)的策略纯化保卫细胞核，并使用GFP标记细胞核，获得了清晰分离的GFP阳性群体。为了测定保卫细胞染色质结构，使用该方法分离的细胞核用于生成ATAC-seq文库。为了评估富含保卫细胞的染色质可及性与基因表达之间的关系，作者对整个叶片和富含保卫细胞的样本进行了RNA-seq。结果表明，保卫细胞中具有多染色质可及性的区域与邻近下游基因的转录水平升高相关。对保卫细胞富含的ACRs进行转录因子结合基序分析，得到的新基序与已知气孔谱系转录调控因子识别的基序高度相似。总之，作者开发了一种方案来分离保卫细胞核的纯群体，使其能够找到在成熟保卫细胞中活跃的顺式调控区域。