Studie zeigt unterschiedliche Rollen von H3K27me3 und H3K36me3 bei der Vernalisierung von Winterweizen

Vernalisierung ist das Phänomen, bei dem Pflanzen zur Blüte längere Zeit niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden müssen. Dadurch können überwinternde Pflanzen bei geeigneten Licht- und Temperaturbedingungen ihr Fortpflanzungswachstum fortsetzen und so einen optimalen Ertrag gewährleisten.

Weizen wird hauptsächlich in Winterweizen eingeteilt, der zum Blühen eine Vernalisierung erfordert, und Sommerweizen, bei dem dies nicht der Fall ist. Die Untersuchung der Vernalisierung von Weizen und das Verständnis ihrer Regulierungsmechanismen sind wichtig, um die Anpassungsfähigkeit von Weizensorten zu verbessern.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jun Xiao vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nutzte RNA-seq-, ATAC-seq- und CUT&Tag-Technologien, um die Transkription und Dynamik des Chromatins von im Freiland angebautem Winterweizen während der Vernalisierungsreaktion zu profilieren , Wartung und Zurücksetzen.

Die Ergebnisse wurden online veröffentlicht in Wissenschaften China Biowissenschaftenunter dem Titel „Unterschiedliche Rollen von H3K27me3 und H3K36me3 bei der Vernalisierungsreaktion, der Erhaltung und dem Reset von Winterweizen.“ »

Die Studie ergab, dass das wichtigste Vernalisierungsgen im Weizen, VRN1, durch das repressive Gen H3K27me3 und das aktive Gen H3K36me3 mit einem deutlichen Muster reguliert wird.

Mithilfe der CRISPR-Technologie erzeugten die Forscher Mutanten der „Schreiber“ H3K27me3 und H3K36me3, nämlich Tafie-cr-87 bzw. Tasdg8-cr-3/5. Diese Mutanten zeigten frühe und späte Blühphänotypen und beeinflussten die VRN1-Expression während der Vernalisierungsreaktion, der Erhaltungs- bzw. Reset-Prozesse, was die spezifischen regulatorischen Rollen von H3K27me3 und H3K36me3 auf VRN1 demonstrierte.

In ähnlicher Weise wird das Schlüssel-Vernalisierungsgen FLC in Arabidopsis sowohl von H3K27me3 als auch von H3K36me3 reguliert, jedoch in völlig entgegengesetzter Weise zu VRN1.

Angesichts dieses Musters der gespiegelten Transkription und Histonmodifikation zwischen VRN1 und FLC identifizierten die Forscher mithilfe der RNA-Modelle H3K27me3-H3K36me3 212 VRN1-ähnliche Gene und 585 FLC-ähnliche Gene als potenzielle Regulatoren der durch Vernalisierung vermittelten Blüte.

Unter diesen enthalten TaFUL3 und TaTOE1 Sequenzvariationen, die signifikant mit der Blüte assoziiert sind, wobei TILLING-Mutanten eine veränderte Wachstumszeit aufweisen, was auf ihre Rolle bei der Regulierung der Blüte schließen lässt.