广州大学董志诚课题组揭示植物高温胁迫转录动态变化规律

来源：植物科学最前沿

植物作为固着生物，时刻面临物理、化学和生物等环境因素的波动，因而在演化过程中获得了多重响应机制。温度作为重要的环境因子，对植物的生长发育、繁育及地理分布等方面有着重要影响。随着全球气候变暖，高温胁迫对植物带来严重危害。尽管已有大量研究从成熟mRNA水平关注植物对高温胁迫的转录调控机制，初步形成植物高温胁迫响应的转录调控网络。然而，mRNA丰度由生物合成（转录）、转录后加工、核-质运输及降解等多个过程决定，对植物在转录周期（起始、延伸和终止）中如何快速响应高温胁迫所知甚少。

近日，JIPB在线发表了广州大学生命科学学院分子遗传与进化创新研究中心董志诚教授课题组题为“Immediate transcriptional responses of Arabidopsis leaves to heat shock”的研究论文。该研究以拟南芥为对象，利用Global run-on sequencing (GRO-seq) 技术和mRNA-seq分别比较了新生链RNA (转录过程中的RNA产物) 与成熟mRNA在热休克下的动态变化。研究发现，植物经过短暂的高温刺激 (45 ℃, 5 min) 在转录水平发生大量改变，在新生RNA水平检测到大量基因转录的改变，与mRNA水平发生改变的基因差异较大，提示了植物在热胁迫条件下复杂的转录变化。植物对高温胁迫响应的转录水平改变表现在转录的各个阶段，包括：1) 热胁迫后Pol II在转录起始位置下游的暂停增多；2) Pol II整体转录活性降低；3) 转录终止出现转录通读。而经过热训练的植株对再次更强烈的高温表现出更为迅速的响应，表明热胁迫记忆能发生在转录的各个阶段。

拟南芥对高温胁迫响应的转录动态变化

董志诚课题组近年来在利用新生链测序技术研究植物基因转录方面取得了一系列进展。课题组前期在模式植物拟南芥中成功建立了GRO-seq 和pNET-seq，并利用这些技术揭示出植物中Pol II独特的转录规律 (Zhu et al. 2018)。广州大学生命科学学院讲师刘敏和博士后朱家富为该论文的共同第一作者，董志诚教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。