拟南芥MED25互作蛋白MIP1调控茉莉酸信号途径的分子机理

Our previous studies demonstrated that the MED25 subunit of Arabidopsis Mediator complex positively regulates the transcription of jasmonate-responsive genes through interacting with MYC2, a master regulator of jasmonate-responsive gene expression. MIP1 (MED25-interacting protein 1), which encodes a histone acetyltransferase, was identified as MED25-interaction protein through yeast two-hybrid screen. We show that mutation of MIP1 impairs jasmonate-induced expression of pathogen-responsive genes, indicating that MIP1 is a novel molecular component of the jasmonate signaling. In the present application, we propose to investigate the molecular details of MIP1 action in regulating jasmonate-responsive genes expression. The proposed research seeks to test the hypothesis that the Mediator complex acts as a molecular platform to integrate genetic and epigenetic information during RNA polymerase II-dependent gene transcription.

我们前期的研究表明拟南芥转录中介体亚基MED25通过与转录因子MYC2相互作用调控茉莉酸响应基因的表达。为了深入研究MED25的作用机理，我们采用酵母双杂交手段筛选到了与MED25相互作用的蛋白MIP1。MIP1编码一个组蛋白乙酰基转移酶，该基因突变后影响了茉莉酸诱导的抗病基因的表达，表明MIP1是茉莉酸信号途径的新元件。本项目将综合采用遗传学、生物化学等多种分子生物学手段研究MIP1在茉莉酸信号途径中的功能及作用机理。同时也进一步探索中介体复合物作为一个分子平台在RNA聚合酶II依赖的转录过程中如何整合各种遗传学与表观遗传学信息的调控机制。

茉莉酸作为一种重要的植物激素不调控了对于昆虫和病原菌侵害的防御反应，还调控着诸多生长发育过程。目前人们对于茉莉酸信号通路的认识主要集中在受体蛋白COI1 (Coronatine Insensitive 1)、转录因子(MYC2)和转录抑制子(JAZ, Jasmonate-ZIM domain)等“遗传因子”的功能研究上。茉莉酸信号激活后，解除抑制的MYC2 与转录中介体复合体(Mediator Complex)亚基MED25相互作用，进而在全基因组范围内激活茉莉酸介导的转录重编程。然而目前对于“表观遗传因子”在茉莉酸信号通路中的研究还相对较少，对于“表观遗传因子”如何与上述“遗传因子”相互协调从而协同调控茉莉酸介导的转录重编程过程更是知之甚少。.我们通过筛选与MED25相互作用的蛋白，发现组蛋白乙酰基转移酶HAC1 (Histone acetyltransferase 1)能够与MED25直接互作，并且在体内检测到HAC1与MYC2位于同一复合体。HAC1的功能缺失导致茉莉酸响应基因表达降低，转录组分析发现HAC1参与了约26.5%茉莉酸上调表达基因的激活，表明HAC1是茉莉酸信号通路的正调控因子。HAC1作为组蛋白乙酰基转移酶其底物尚不清楚，我们发现hac1中组蛋白H3K9乙酰化的水平低于野生型，茉莉酸处理后差异更为显著，表明HAC1的底物是H3K9。ChIP-PCR的结果显示茉莉酸响应基因启动子区域组蛋白H3K9位的乙酰化水平是受茉莉酸诱导的，并且在hac1突变体中显著下降。这些结果表明HAC1通过催化茉莉酸响应基因启动子区域的H3K9乙酰化来促进茉莉酸响应基因的表达。深入的研究发现HAC1以茉莉酸依赖的方式通过与MED25的互作被招募到MYC2靶基因区域，催化该区域组蛋白H3K9的乙酰化，从而促进这些基因的表达。茉莉酸诱导H3K9乙酰化水平的升高，使染色质的结构更有利于MYC2和MED25的结合。MYC2-MED25-HAC1构成了正反馈的调控回路，以实现茉莉酸反应的快速启动。.我们的工作发现了新的表观遗传因子HAC1参与茉莉酸反应的激活，揭示了MED25协同调控遗传因子MYC2和表观遗传因子HAC1，形成一个有序高效的转录活性复合体，调控茉莉酸响应基因的表达。这种调控机制对于研究中介体亚基和表观遗传因子参与其它信号通路具有重要的借鉴意义。