组蛋白去乙酰化酶HDA6介导茉莉酸诱导橡胶树乳管分化的分子机制

The secondary laticifer are the site for the synthesis and storage of natural rubber in the bark of rubber tree，differentiated from vascular cambia. The number of the secondary laticifers in the trunk bark is positively correlated to the rubber yield. We have testified that the jasmonic acid (JA) was the key signal molecule to regulate the secondary laticifers differentiation. Recently, we found the effect of trichostatin A (TSA), an inhibitor of histone deacetylases (HDA), on inducing the secondary laticifer differentiation, and that the level of total histone acetylation, the content and the gene expression of HDA6 are affected by JA. Based on these findings, we suggest that HDA6 act as a negative regulator in the regulation of jasmonate-induced laticifer differentiation. By using experimental morphological and molecular techniques, this project focuses on identifying the member of COI1, JAZ and MYC in jasmonate signaling that can interact with HDA6, and analyzing the effect of JA on the level and sites of the histone acetylation, and identifying the deacetylation sites in histone that are catalyzed by HDA6, and the role of HDA6 in the secondary laticifer differentiation by pharmacological technique and transgenic technology. The results are essential for understanding the vascular cambia differentiation into the secondary phleom parenchyma cells and improving the rubber yield potential of rubber tree by transgenic breeding.

巴西橡胶树的乳管是合成和储存天然橡胶的场所，树干树皮中的次生乳管与天然橡胶产量密切相关，由维管形成层分化而来。茉莉酸(JA)是调节橡胶树乳管分化的关键信号分子。最近我们发现组蛋白去乙酰化酶(HDA)的抑制剂曲古抑菌素A(TSA)也能诱导乳管分化，而且HDA活性、尤其是HDA6含量和基因表达都受JA影响，推测HDA6可能作为负调控因子介导JA诱导乳管分化。利用本研究组建立的橡胶树乳管分化诱导实验系统，采用实验形态学、生化和分子生物学技术，鉴定与HDA6互作的JA信号途径三个关键环节COI1、JAZ和MYC的成员、分析JA对组蛋白乙酰化修饰程度和位点的影响并鉴定HDA6去乙酰化修饰位点、通过药理学和转基因技术鉴定HDA6在调控乳管分化方面的功能。研究结果对于阐明HDA介导JA诱导乳管分化的分子机制，加深认识形成层细胞分化机制和通过转基因改良橡胶树的产胶潜力具有重要的理论意义和实际应用价值。

橡胶树树皮中的次生乳管细胞由形成层的纺锤状原始细胞分化而来，这些树干树皮中次生乳管的数量与天然橡胶产量显著正相关，是橡胶树产量育种的主要指标。因此，次生乳管分化的机制一直是橡胶树产胶生理研究中的核心。茉莉酸(JA)是调节橡胶树乳管分化的关键信号分子。最近我们发现组蛋白去乙酰化酶(HDA)抑制剂曲古抑菌素A(TSA)也能诱导乳管分化，而且HDA活性、尤其是HDA6含量和基因表达都受JA影响，推测HDA6可能作为负调控因子介导JA诱导乳管分化。利用本研究组建立的橡胶树乳管分化诱导实验系统，采用实验形态学、生化和分子生物学技术，鉴定与HDA6互作的JA信号途径三个关键环节COI1、JAZ和MYC的成员、分析JA对组蛋白乙酰化修饰程度和位点的影响并鉴定HDA6去乙酰化修饰位点、通过药理学和转基因技术鉴定HDA6在调控乳管分化方面的功能。.取得的研究结果如下：.1. 通过酵母双杂交和文库筛选，证明了调控橡胶树次生乳管分化的COI1-JAZ-MYC的互作网络；酵母文库筛选到25个基因与HDA6互作，为：COI (同XM_021809258/XR_002494586.1)，HbCLP1，ERF3，HSP82，LARP6a，APT5，PP2A等。.2. 通过WB分析，发现COR能够显著上调形成层区的组蛋白乙酰化修饰水平，且在COR处理2 h时上调幅度最高；通过测定COR处理2h和对照的4D-乙酰化修饰组，共鉴定出4299个蛋白和11472个位点发生乙酰化修饰，鉴定出105个COR处理中存在的特异蛋白。橡胶树次生乳管分化发生组蛋白乙酰化修饰的主要位点分布在组蛋白H2B上，其中H2B-K8位点的乙酰化水平上调79.11倍。.3.发现HDA6专一性抑制剂Nexturastat A能够诱导橡胶树乳管分化，且具有剂量效应，最低有效浓度为100 nM。通过橡胶草转基因体系，发现过表达HDA6对橡胶草的乳管分化和橡胶合成有明显的促进效果。.本项目的执行，为橡胶树次生乳管分化的分子调控机制提供了数据基础，揭示了调控橡胶树乳管分化的COI1-JAZ-MYC互作网络，发现COR调控乳管分化的乙酰化修饰的主要位点分布在组蛋白H2B上，并通过药理学和转基因技术证明了HDA6能够调控乳管分化，研究结果对于进一步研究橡胶树乳管分化的分子调控机理以及研发产量性状相关的分子标记打下良好基础。