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PNAS:拟南芥中介导ARF转录因子结合的DNA元件结构基础

已有 3500 次阅读 2020-10-4 12:22 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Architecture of DNA elements mediating ARF transcription factor binding and auxin-responsive gene expression in Arabidopsis

第一作者Alejandra Freire-Rios

第一单位瓦赫宁根大学

通讯作者Dolf Weijers


 Abstract 


大背景The hormone auxin controls many aspects of the plant life cycle by regulating the expression of thousands of genes.


小背景The transcriptional output of the nuclear auxin signaling pathway is determined by the activity of AUXIN RESPONSE transcription FACTORs(ARFs), through their binding to cis-regulatory elements in auxin-responsive genes.


前期基础:Crystal structures, in vitro, and heterologous studies have fueled a model in which ARF dimers bind with high affinity to distinctly spaced repeats of canonical AuxRE motifs.


提出问题:However, the relevance of this "caliper" model, and the mechanisms underlying the binding affinities in vivo, have remained elusive.


主要研究:Here we biochemically and functionally interrogate modes of ARF–DNA interaction.


结果1:We show that a single additional hydrogen bond in Arabidopsis ARF1 confers high-affinity binding to individual DNA sites.


结果2:We demonstrate the importance of AuxRE cooperativity within repeats in the Arabidopsis TMO5 and IAA11 promoters in vivo.


结果3:Meta-analysis of transcriptomes further reveals strong genome-wide association of auxin response with both inverted (IR) and direct (DR) AuxRE repeats, which we experimentally validated.


结果4:The association of these elements with auxin-induced up-regulation (DR and IR) or down-regulation (IR) was correlated with differential binding affinities of A-class and B-class ARFs, respectively, suggesting a mechanistic basis for the distinct activity of these repeats.


结论Our results support the relevance of high-affinity binding of ARF transcription factors to uniquely spaced DNA elements in vivo, and suggest that differential binding affinities of ARF subfamilies underlie diversity in cis-element function.


 摘  要 


植物激素生长素通过调控数千个基因的表达控制植物生命周期的许多方面。细胞核中生长素信号转导通路的转录输出是由生长素响应转录因子ARFs的活性所决定的,这些ARF蛋白会结合到生长素响应基因的顺式调控元件上调控其表达。晶体结构、体外以及异源实验揭示了ARF蛋白二聚体能够高亲和力地结合到间距不等的经典AuxRE基序重复上。然而,这种“卡尺”模型的相关性以及体内ARF二聚体结合DNA亲和力的分子机制都还不清楚。本文中,作者对ARF-DNA互作模式进行了生化和功能研究。作者发现拟南芥ARF1蛋白上一个额外的氢键会赋予其结合单个DNA位点的高亲和力。体内试验显示,拟南芥TMO5IAA11基因启动子区AuxRE基序重复之间相互合作,共同作用于ARF蛋白的结合(重复的AuxRE基序之间不存在上位性或冗余性,二者缺一不可)。转录组元分析进一步揭示了生长素响应与反向和直接AuxRE重复之间较强的全基因组相关性,而作者的试验也验证了这一点。这些元件与生长素诱导上调表达(反向和直接重复)或下调表达(反向重复)的相关性分别与A类和B类ARF蛋白结合DNA亲和力的差异相关,揭示了这些重复序列元件具有不同ARF结合活性的机制基础。本文的研究说明了体内ARF转录因子对于DNA的高亲和力结合与特异的间隔DNA元件有关,并且ARF亚家族结合DNA亲和力的差异是顺式元件功能多态性的基础。


 通讯作者 


**Dolf Weijers**


个人简介:

1997年,荷兰恩斯赫德,学士;

2002年,荷兰莱顿大学,博士;

2002-2006年,德国图宾根大学,博后。


研究方向:

以拟南芥早期胚胎材料研究细胞如何获取其特性。


doi: 10.1073/pnas.2009554117


Journal: PNAS

Published date: Sep 29, 2020


p.s. 通讯往期研究链接:

实验室介绍:Dolf Weijers Lab (荷兰瓦赫宁根大学)

Nature Plants:苔藓植物地钱中的最小化生长素响应系统

Development:拟南芥胚胎发生早期维管组织特化的调控网络鉴定

Cell:动、植物细胞极性的共同起源

Developmental Cell:植物胚胎发生综述

Nature Plants:SOSEKI蛋白影响拟南芥植株整体极性

Plant Cell:bHLH转录因子调控网络介导拟南芥胚和胚柄发育

eLife:核生长素响应系统的起源与演化

Nature Plants:拟南芥早期胚胎动态转录组研究



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