拟南芥核质反向信号参与表观遗传调控的分子机理

The genetic compartments of plant cell nuclei, plastids and mitochondria exchange information by anterograde (nucleus-to organelle) and retrograde (organelle-to-nucleus) signaling. The retrograde signaling is essential for plastid biogenesis and maintaining plastid function. The Arabidopsis CUE1 encode the plastid inner envelope phosphoenolpyruvate/phosphate translocator (PPT) and involved in the retrograde sigalling to regulate the nucleus-encoded genes expression of chlorophyll a/b binding protein (CAB) and RbcS. Our primary results showed that the retrograde signal from the CUE1 envolved pathway not only regulate genes expression in the auchromatin, but also reactivate many transposal elements loci in the heterochromatin. It imply the retrograde signal from CUE1 pathway regulate nuclear gene expression by epigenetics. Through this project we will further investigate the critical function of CUE1 in retrograde signaling and shed light on the mechanism how chloroplast signals translocate and regulate the nucleus. It will also supply a new idea on the research of coordinated expression between chloroplast and nuclear genes.

植物细胞核、叶绿体和线粒体之间相互传递正向（核-器官）和反向（器官-核）信号以交换信息。从质体到核的反向信号传导对于植物质体生物起源和功能进化起着非常重要的作用。拟南芥磷酸烯醇式丙酮酸转运体PPT1/CUE1蛋白定位于叶绿体内膜上，参与了核质（细胞核-叶绿体）反向信号转导调节核基因编码的叶绿素a/b结合蛋白CAB和RbcS的表达。我们前期研究结果发现cue1突变体中，核质反向信号不仅参与常染色质区的基因表达调控，同时也影响了很多异染色质区域处于沉默状态的转座子激活，说明表观遗传参与了核质反向信号的调控。为了深入理解核质反向信号转导及调控机制，拟通过本项目的研究，明确CUE1参与核质反向信号的途径，阐明核质信号通过表观遗传调控核基因表达的分子机制，为叶绿体与细胞核基因的协同表达提供新的研究思路。

叶绿体和细胞核之间的信息交换对植物质体生物起源和功能进化起着非常重要的作用。由叶绿体发出的信号转导入细胞核，并调控细胞核基因的表达过程对植物的生长发育至关重要。本课题研究了位于叶绿体内膜上的磷酸烯醇式丙酮酸转运体CUE1的功能，试图解析CUE1蛋白在核质反向信号的传递及转导过程种的作用，以及其如何通过调节染色质修饰进而介导基因的表达调控做了深入探讨。通过各种生化及代谢分析，我们获得了对CUE1功能的以下几点认识：1) cue1突变体中，核质反向信号中断，导致细胞核中多个转座子位点表达上调。2) cue1突变体中，上调基因位点组蛋白H3Ac修饰增高，H3K9m2修饰降低，DNA甲基化修饰未改变。3）组蛋白乙酰化修饰改变，不是通过乙酰辅酶A含量变化的调节。综合以上结果，我们得出cue1突变体中核质反向信号的中断不是由于最初假设的乙酰辅酶A含量的变化，有可能是其它代谢产物或者植物整体发育环境变化导致的结果。