Путь регуляции хроматина указывает на повышение урожайности сельхозкультур
Исследовательская группа под руководством профессора Сун Сяньцзюня из Института ботаники Китайской академии наук, изучая тройной белковый комплекс в ядрах риса, влияющий на размер зерна, показала, что транскрипционный фактор bZIP23 — белок, регулирующий транскрипцию генетической информации ДНК в РНК и входящий в состав комплекса, — рекрутирует хроматин-модифицирующий гистоновый ацетилтрансферазу HHC4 к специфическим промоторам на ДНК.
В новом исследовании учёные обнаружили, что HHC4 и адапторный белок ADA2 аддитивно усиливают транскрипционную активность bZIP23 на целевых генах. Также было показано, что HHC4 фосфорилируется киназой GSK3-подобного типа TGW3, что запускает серию негативных эффектов на возможности тройного комплекса.
Эти результаты, опубликованные в Developmental Cell, способствуют более глубокому пониманию эпигенетической регуляции размера зерна.
«В начале этого исследования мы идентифицировали пять рисовых гомологов OsglHAT1 на хромосомах 2, 3, 4 и 7 (названные HHCs) и хотели выяснить, модулируют ли эти гомологи также размер зерна», — сказал первый автор работы доктор Шэнь Шао-Янь. «Интересно, что HHC4 регулирует размер зерна, но использует другой цитологический механизм по сравнению с GW6a».
С помощью серии методов молекулярной биологии, включая иммунопреципитацию хроматина с высокопроизводительным секвенированием (ChIP-seq) и иммунопреципитацию с последующей масс-спектрометрией (IP-MS), было показано, что bZIP23 напрямую взаимодействует с HHC4.
Исследователи обнаружили, что сверхэкспрессия bZIP23 значительно увеличивает размер зерна риса, и что bZIP23 и HHC4 совместно нацеливаются и синергетически активируют экспрессию нескольких позитивных регуляторов размера зерна.
Кроме того, учёные выяснили, что HHC4, ADA2 и bZIP23 взаимодействуют друг с другом, и образующийся тройной комплекс способствует аддитивному усилению транскрипционной активности bZIP23 на целевых генах со стороны ADA2 и HHC4.
Скрининг методом дрожжевой двухгибридной системы (Y2H) показал, что киназа TGW3 также взаимодействует с HHC4. Исследователи продемонстрировали, что HHC4 напрямую фосфорилируется TGW3.
Анализ мутаций показал, что два остатка серина (S189 и S190) в HHC4 являются основными сайтами фосфорилирования TGW3. Сравнение со зрелыми зёрнами трансгенных растений риса, содержащих имитированные фосфорилированную и нефосфорилированную версии HHC4, позволило предположить, что фосфорилирование участвует в контроле размера зерна.
Последующие экспериментальные данные показали, что фосфорилирование оказывает множество негативных влияний, например, на стабильность белка HHC4, его взаимодействие с bZIP23 и транскрипционную активность bZIP23 на целевых генах. Также исследователи показали, что как сверхэкспрессия HHC4, так и нокаут TGW3 существенно повышают урожайность зерна риса — до 24% в полевых испытаниях.
В целом, эти результаты раскрывают ранее неизвестный путь регуляции размера зерна у риса, центрированный на модификаторе хроматина, и предоставляют полезные генетические ресурсы для программ селекции высокоурожайных культур.