东京大学的研究人员发现了细胞核结构是如何改变植物基因活性的。这一发现揭示了有关基因组调控的基本知识，并为未来可能同时操纵许多基因表达的方法指明了方向。

 

用来开启或关闭基因表达的DNA长链和蛋白质机制被包含在细胞核中，杏耀代理开号漂浮在细胞核中。细胞核本质上是一个由柔软的双膜包膜构成的袋子，由称为核层的内部精细网状蛋白质框架支撑。

 

“DNA不会在细胞核内漫无目的地漂移。我们期望在核层周围有非随机的基因空间定位，”来自东京大学前沿科学研究生院的松永幸教授说，他领导了这个研究项目，最近发表在《自然通讯》上。

 

基因调控通常是在读取DNA序列的一维水平上进行研究。通过改变DNA链的形状，额外的基因调控层以3D形式存在。例子包括表观遗传密码，它决定了DNA链缠绕的紧密程度，以及“亲吻基因”现象，即DNA链遥远的片段折叠在一起，改变了相互接触的基因的活动。

 

这些新的结果为另一种3D基因调控方法提供了证据，这种方法不仅涉及基因组的结构，还涉及其容器——细胞核的结构。

 

科学界早就知道，细胞核的形状和大小在细胞的一生中会发生剧烈的波动，而且这些变化甚至可以作为一个“内部时钟”来计时，以确定细胞的年龄。然而，这些发现是利用动物细胞取得的。植物不具有任何与动物核层相关的基因。

 

松永说:“教科书通常有几句关于动物叶片的句子，但对植物叶片却只字不提。”

 

2013年，该研究小组的一些成员在之前的工作中确定了一组四种被称为密集核(CRWN)的蛋白质， 杏耀 ，它们最有可能是核电站核层的组成部分。

 

为了证实叶面中存在CRWN蛋白，研究人员首先将荧光标签附着在蛋白质上，并从thale cress幼苗的根细胞中分离出细胞核。thale cress是一种路边杂草，通常用于研究实验室。然后他们测量了蛋白质在超高分辨率显微镜图像中的位置。

 

这些极度放大的图像显示了围绕在细胞核壳周围的环状蛋白质形成的网状图案。

 

健康的植物细胞有一个椭圆形的细胞核，看起来像细胞中央的一个大鸡蛋。没有CRWN蛋白的转基因植物的细胞核比正常的更小更圆，可能为DNA内部创造了一个更拥挤的环境。

 

然后，研究人员对转基因植物进行了筛选，看看在抑制crwn基因时，其他基因是否具有不同的活性水平。已知参与铜反应的多个基因活性较低，这表明核层以某种方式与铜耐受性有关。

 

即使在正常的土壤中，缺乏CRWN蛋白质的植物也比健康的植物长得短。在高铜水平土壤中栽培的茎部基因不活跃的苔菜生长得更小，外观明显更弱，进一步证明核层在植物对环境胁迫的响应中发挥作用。

 

研究人员还可视化了铜耐受基因在正常和高铜水平的细胞核中的物理位置。在高铜条件下的健康植物中，铜耐受基因聚集在一起，甚至向细胞核的外围移动。铜耐性基因在无crwn基因的植株中呈扩散和漂移的趋势。

 

“如果植物细胞核有不同区域的DNA活跃转录，杏耀拿代理这些区域很可能会在核层附近。这是很重要和有趣的，因为它与动物细胞相反，我们知道动物细胞在细胞核的中心有活跃区域，而周围是不活跃的。”松永说。

 

大多数提高或降低基因活性的基因编辑技术直接作用于改变单个基因的DNA序列的一维水平上。了解核层是如何影响基因表达的，可以揭示未来通过重新计算基因组和核层来同时改变许多基因活性的方法。