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遗传发育所发现转录中介体调控干细胞不对称分裂和根形态建成的机理

2018-05-31 遗传与发育生物学研究所
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  多细胞生物的器官发生和生长发育依赖于干细胞的不对称分裂。与动物干细胞类似,植物干细胞的不对称分裂和特性维持通常由少数几个核心转录因子控制。因此,核心转录因子如何与RNA聚合酶II通用转录机器密切沟通从而实现对靶标基因时空特异性表达的精确控制是发育生物学领域的一个重大问题。

  在模式植物拟南芥中,干细胞组织中心及其周围的干细胞共同构成了根尖干细胞微环境。其中的皮层/内皮层干细胞通过不对称分裂产生皮层和内皮层两层细胞,它们共同被称为根基本组织。已有的研究表明,核心转录因子SHORT ROOT (SHR)SCARECROW (SCR)在皮层/内皮层干细胞的不对称分裂及根基本组织模式建成中起至关重要的作用。然而,人们尚不清楚SHR-SCR如何与通用转录机器密切沟通,从而精确控制靶标基因的时空特异性表达。

  中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组的研究表明,在进化上高度保守的转录中介体亚基MED31通过控制SHR-SCR介导的时空特异性转录输出而调控干细胞的不对称分裂。他们的研究发现,MED31SCR直接相互作用而不与SHR直接互作。MED31SCRSHR通过形成动态三元复合体而控制靶标基因的时空特异性表达。MED31SHR以浓度依赖的方式竞争结合SCR,从而调控MED31-SCR-SHR三元复合体的动态形成。高浓度的SHR干扰SCR结合MED31;当SHR处于合适浓度时,SCR可以结合MED31,从而连接RNA聚合酶II通用转录机器,启动下游靶基因转录。该研究成果表明,MED31SCR的动态相互作用控制着SHR-SCR复合体的转录输出,进而决定了干细胞的不对称分裂。

  这一突破性研究揭示了转录中介体在沟通转录因子和通用转录机器中的作用方式。该研究于529日在《美国国家科学院院刊》(PNAS杂志上发表(DOI:10.1073/pnas.1800592115)李传友研究组的博士研究生张潇月、周文焜和山东农业大学教授陈谦是该论文的共同第一作者。该研究得到科技部重大科学研究计划项目和国家自然科学基金委项目的资助。

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图:MED31-SCR-SHR三元复合体调控干细胞不对称分裂的作用模式 

打印 责任编辑:叶瑞优

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