清華生命學院戚益軍研究組揭示植物AGO1促進基因轉錄新功能

　　清華大學生命學院戚益軍研究組在《發(fā)育細胞》期刊（Developmental Cell）發(fā)表了題為《擬南芥ARGNAUTE1在植物響應激素和脅迫過程中結合染色質并促進基因表達》（Arabidopsis ARGONAUTE 1 Binds Chromatin to Promote Gene Transcription in Response to Hormones and Stresses）的研究論文，報道了擬南芥AGO1在植物響應不同內外源信號過程中促進基因轉錄的全新功能。

　　經典的RNA干擾是指真核生物中由小RNA誘發(fā)的基因沉默。小RNA由Dicer（一種核糖核酸內切酶）從雙鏈或具莖環(huán)結構的前體RNA加工而來，隨后被RNA干擾的核心效應蛋白ARGONAUTE（AGO）家族蛋白所結合。通過小RNA與靶序列的堿基互補配對，AGO蛋白識別并切割靶序列并或招募其他蛋白因子在轉錄水平或轉錄后水平抑制基因表達。

　　AGO1是擬南芥AGO蛋白家族的最重要成員。AGO1主要結合miRNA（一類由內源基因編碼的長度約為22個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子），在細胞質中通過切割靶mRNA或介導翻譯抑制在轉錄后水平抑制靶基因表達。戚益軍研究組之前研究發(fā)現(xiàn)AGO1也存在于細胞核中，這意味著AGO1可能在細胞核內也有重要功能。該研究通過AGO1染色質免疫共沉淀偶聯(lián)高通量測序（ChIP-seq），鑒定得到940 AGO1結合區(qū)域，這些區(qū)域主要位于基因區(qū)。mRNA測序(RNA-seq)結果分析顯示AGO1結合的基因比AGO1不結合的基因表達水平更高，并且在AGO1的缺失突變體中，這些基因的表達下降，說明結合于基因上的AGO1可促進基因表達。隨后，通過新生RNA測序（GRO-seq）和Pol II ChIP-seq發(fā)現(xiàn)，AGO1在轉錄水平促進基因表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)AGO1與SWI/SNF蛋白復合體（一種染色質重塑復合物）相互作用，并且AGO1與靶基因的結合需要SWI/SNF蛋白復合體。為了探究AGO1與基因結合是否參與植物對激素和脅迫的響應，該研究檢測了植物激素茉莉酸甲酯（MeJA）、吲哚乙酸（IAA）、苯并噻二唑（BTH）、丁香假單胞桿菌鞭毛蛋白保守基序（flg22）及冷處理條件下AGO1在基因組的結合位點，發(fā)現(xiàn)AGO1可被誘發(fā)結合到響應特定刺激的基因上。最后，該研究發(fā)現(xiàn)AGO1對茉莉酸通路基因的激活及信號轉導具有重要作用。

　　戚益軍研究組的這一研究揭示了AGO蛋白具有異于經典RNA干擾而激活基因表達的重要功能，這一新功能在植物響應植物激素和環(huán)境脅迫過程中起到重要的調控作用。

　　清華大學生命學院博士后劉暢、辛穎和2012級博士生徐樂為本文共同第一作者，戚益軍教授為通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金委和清華—北大生命科學聯(lián)合中心的資助。