文档介绍：项目名称:
植物表观遗传机制与重要调控蛋白质的功能和结构研究
首席科学家:
沈文辉复旦大学
起止年限:
依托部门:
教育部上海市科委
一、关键科学问题及研究内容
1、拟解决的关键科学问题:
表观遗传学与人类重大疾病的产生机理与防治以及农业生产密切相关,已成为生命科学研究的重要前沿和新的增长点。本项目瞄准这一科学前沿,以模式植物拟南芥和水稻为材料,深入研究表观遗传密码的核心内容:组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的功能和结构以及相互作用网络。拟解决的关键科学问题是:影响组蛋白甲基化修饰建立和继承的重要调控蛋白质的功能是什么?这些蛋白质及蛋白复合体发挥功能的分子基础是什么?它们之间如何协调作用?组蛋白甲基化修饰如何在细胞分裂过程中继承和传递?
2、主要研究内容:
双子叶拟南芥和单子叶水稻虽同为模式植物,但开花和生殖发育过程有很大区别,同源基因发挥的生理功能也存在差异,因此我们选择两种模式植物材料开展研究,具体研究内容如下:
课题1 组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的功能鉴定
重点研究拟南芥和水稻组蛋白甲基转移酶(甲基化建立)、甲基阅读蛋白(识别)及组蛋白变体、核小体组装蛋白和染色质重塑蛋白(传递与继承)的体内、体外功能,阐明上述表观遗传重要调控蛋白质发挥生理功能的分子机制。根据项目组成员已有的工作基础,选择经过遗传分析证明具有重要生理调节功能的蛋白质开展研究,主要内容包括:
(1)研究SET结构域蛋白(SDG2、SDG25和SDG701, SDG8、SDG26和SDG725, KYP和SDG714,CLF)的组蛋白甲基转移酶活性、底物以及甲基化修饰位点的特异性;组蛋白甲基阅读蛋白(LHP1、MRG等)对不同修饰组蛋白的识别与结合活性。
(2)研究核小体组装蛋白(组蛋白H2A-H2B的分子伴侣NAP1、NRP,H3-H4的分子伴侣CAF1、ASF1、HIRA)在核小体组装/去组装过程中,染色质重塑蛋白(INO80、ISWI)在染色质重塑过程中,对组蛋白修饰及组蛋白变体(H
2A/,)的选择,分析组蛋白甲基转移酶、甲基阅读蛋白、核小体组装蛋白、染色质重塑蛋白之间的相互作用。
(3)研究上述表观遗传重要调控蛋白质及组蛋白变体在植物活细胞内的定位、动态相互作用以及在细胞分裂过程中的传递情况。
(4)研究上述表观遗传重要调控蛋白质特殊结构域的体内和体外功能。
课题2 组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的结构分析
重点分析组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质及其蛋白复合体的晶体结构,阐明这些重要蛋白质发挥功能的结构基础。
(1)测定植物SET结构域蛋白SDG2、ATXR5/ATXR6和SDG8及其与底物复合物的三维结构,研究植物PRC1、PRC2复合体以及CLF与非编码RNA复合物的三维结构,阐明它们调节基因表达的分子基础。
(2)测定LHP1与甲基化组蛋白多肽复合物的三维结构,分析其与动物HP1的区别。分析植物甲基阅读蛋白MRG与染色质组装蛋白ASF1复合体的三维结构,阐明MRG蛋白作为阅读蛋白调节染色质结构的分子机理。
(3)研究植物组蛋白分子伴侣的底物特异性,测定组装蛋白ASF1和组蛋白H3的复合物、核小体组装蛋白NAP1和组蛋白H2A/H2B的三维结构,揭示核小体组装的分子机制。
(4)测定VIM1的SRA结构域与一系列不同甲基化修饰DNA复合物、VIM1的PHD结构域与甲基化组蛋白的复合物以及VIM1的RING结构域与其它结合蛋白复合物的三维结构,并对植物中连接DNA甲基化和组蛋白甲基化的分子机制进行深入研究。
课题3 组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的互作网络
重点研究拟南芥和水稻组蛋白甲基化修饰调控植物开花和生殖发育的分子互作网络。
(1)分析SET结构域蛋白SDG2、SDG8和CLF、甲基阅读蛋白LHP1和MRG、核小体组装蛋白ASF1和NAP1以及染色质重塑蛋白INO80和ISWI在基因组水平对目的基因的识别。
(2)围绕控制植物开花的关键基因FLC以及调控生殖母细胞建成的重要基因SPL,分析不同组蛋白甲基转移酶的协同作用以及分子互作网络。
(3)研究调控植物生殖发育的关键转录因子与组蛋白甲基转移酶、甲基阅读蛋白、核小体组装蛋白以及染色质重塑蛋白等表观调控因子的相互作用。
(4)利用一些氨基酸点突变产生的突变体,分析蛋白质之间相互作用在组蛋白修饰和植物发育中的体内作用。
课题4 组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的蛋白质组解析
重点研究组蛋白甲基化修饰在生殖细胞中的模式和继承,鉴定组蛋白甲基化修饰重要调控蛋白质的结合蛋白及复合体。具体内容包括:
(1)分析不同表观遗传突变体的生殖细胞和体细胞中,组蛋白甲基化修饰及组