Plant Cell | 推翻旧结论！并非ICE1的遗传调控，而是T-DNA插入引起的甲基化抑制了C...

2020年2月7日，The Plant Cell在线发表日本东京大学Kazuko Yamaguchi-Shinozaki研究团队题为DREB1A/CBF3 is repressed by transgene-induced DNA methylation in the Arabidopsis ice1-1 mutant 的研究论文。该研究发现，ICE1突变体ice1-1中DREB1A/CBF3表达的抑制是由DNA甲基化引起的，而非之前报道的ICE1的遗传调控作用。

自然条件下温度是决定植物地域分布的主要限制因素之一，在栽培条件下温度更会影响农作物及园艺植物的产量和品质。低温胁迫对植物的生长发育和繁殖的影响尤为突出。在低温条件下，植物中大量的胁迫响应基因和耐受基因会被诱导表达，这些基因产生的特异蛋白能够增强植物对于低温胁迫的耐受性，同时还会调控植物在低温胁迫下的基因表达【1】。植物中dehydration-responsive element (DRE)/C-repeat家族基因具有顺式作用的启动子元件，能够响应于冷胁迫和干旱胁迫调控基因表达。DREB1A/CBF3、DREB1B/CBF1和DREB1C/CBF2三种转录因子能够激活冷诱导基因下游基因的表达，是植物冷胁迫应答的关键转录因子【2】。

转录因子INDUCER OF CBF EXPRESSION 1/SCREAM (ICE1/SCRM)能调控DREB1/CBF的表达，在拟南芥ice1-1突变体中冷诱导的内源DREB1A/CBF3的表达会明显降低，但是DREB1B和DREB1C并没有变化；然而超表达ICE1能够同时提高CBF/DREB1基因的表达。之前的研究认为是由于ICE1蛋白的236位精氨酸转变为组氨酸(R236H)导致CBF3/DREB1A表达的下降【3】。同时有研究发现ICE1 (R236H) 的突变会导致气孔发育的异常【4】，但目前对于该突变导致的这两种不同的表型的机制并不清楚。

在该研究中，研究人员通过遗传实验意外地发现在ice1-1中DREB1A的表达抑制是独立于ICE1(R236H)突变的。对不同基因型的遗传材料进行基因组重测序，通过基因组序列分析，研究人员推断ice1-1基因组T-DNA插入的等位基因与DREB1A的表达抑制相关联，随后结果发现ice1-1突变体中1号染色体中的T-DNA插入是导致DREB1A表达抑制的主要原因。之后的研究发现在ice1-1中DREB1A的表达抑制是由于DNA甲基化介导的基因沉默导致的，而并非遗传调控的作用。ice1-1中与DREB1A表达抑制相关联的位点会导致DREB1A启动子区通过Pol VI依赖型的方式产生sRNA，进而通过RNA介导的DNA甲基化(RdDM) 途径产生甲基化，从而最终导致DREB1A的表达被抑制。

DERB1A的表达抑制在遗传上独立于ice1-1

总之，该研究证明了拟南芥ice1-1突变体中DREB1A/CBF3的表达抑制并非通过遗传调控的方式产生，并通过基因组分析发现ice1-1中对DREB1A/CBF3的表达抑制相关联的位点，该位点通过DNA甲基化的方式对DREB1A/CBF3的表达产生抑制。

参考文献：

1 Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K (2006) Transcriptional regulatory networks in cellular responses and tolerance to dehydration and cold stresses. Annu Rev Plant Biol 57: 781-803.

2 Baker SS, Wilhelm KS, Thomashow MF (1994) The 5'-region of Arabidopsis thaliana cor15a has cis-acting elements that confer cold-, drought- and ABA-regulated gene expression. Plant Mol. Biol 24, 701-713.

3. Chinnusamy V, Ohta M, Kanrar S, Lee B, Hong X, Agarwal M, Zhu JK (2003) ICE1: a regulator of cold-induced transcriptome and freezing tolerance in Arabidopsis. Genes Dev 17: 1043-1054.

4 Kanaoka MM, Pillitteri LJ, Fujii H, Yoshida Y, Bogenschutz NL, Takabayashi J, Zhu JK, Torii KU (2008) SCREAM/ICE1 and SCREAM2 specify three cell-state transitional steps leading to Arabidopsis stomatal differentiation. Plant Cell 20: 1775–1785.

文章链接：

http://www./content/early/2020/02/07/tpc.19.00532