上海科学家揭示染色质修饰调控植物基因表达的新机制

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　　新民晚报讯（见习记者 郜阳）植物没法靠迁徙躲避不利的自然困境，它们又是如何适应环境开花结果的呢？8月6日，中科院分子植物科学卓越创新中心植物分子遗传国家重点实验室何跃辉研究组，和杜嘉木研究组合作，分别在国际知名期刊《自然·遗传学》上背靠背发表研究论文。研究人员通过生化、分子、遗传、组学及结构生物学等方法，分别揭示了植物“阅读器”和“效应器”介导植物发育过程中基因沉默的分子机制，以及二价组蛋白标记阅读器EBS在拟南芥开花时间调控中的作用机制。

　　大多数动物和植物，都是多细胞生物。在动植物的细胞分化过程中，每个细胞的基因都一样；而分化以后，却产生了多种多样的细胞。这就意味着，在分化过程中，不同细胞被关闭的基因不一样。组蛋白赖氨酸的甲基化修饰在真核生物基因表达调控中的作用广泛，是一种重要的调控方式。其中组蛋白H3第4位赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)修饰通常与基因活性表达关联，而H3第27位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)修饰则与之拮抗，抑制基因表达。“细胞在组蛋白上添上标记，如沉默标记H3K27me3，来标记可能有表达变化的基因。其中，SHL-EBS家族蛋白构成了标记‘阅读器’，EMF1蛋白则是‘效应器’，两者互相作用形成‘阅读器-效应器’复合体以调控基因表达。”

　　何跃辉研究员告诉记者，“我们分别研究了双子叶的拟南芥和单子叶的水稻这两种模式植物。在拟南芥上我们发现，如若‘阅读器’缺失，基因组上被沉默的基因，其状态不能被维持，植物的体细胞分化被逆转，形成愈伤组织。水稻也存在类似的‘阅读器-效应器’复合体。”这些发现揭示了植物在漫长的进化过程中演化出了与动物不同的H3K27me3解密机制来抑制基因表达，以适应环境和调控生长发育。

　　杜嘉木研究组则通过合作发现EBS蛋白含两个结构域，分别结合H3K27me3和H3K4me3标记，体外实验表明EBS结合H3K27me3的亲和力要高于结合H3K4me3的亲和力，进一步的结构生物学研究发现EBS的BAH结构域通过识别肽段H3K27me3的甲基化赖氨酸和第30位的脯氨酸来实现序列选择的特异性。有趣的是，EBS可以通过C端一段含有脯氨酸的无规则结构,以自抑制的方式抑制PHD结构域结合H3K4me3。而当自抑制解除之后，EBS则将其结合偏好性转为H3K4me3。整体上，EBS抑制成花素基因表达而抑制开花，因而EBS可以作为一个分子开关，能分别识别H3K4me3和H3K27me3标记以及精确转变其结合偏好性来确保适时开花。

　　这两项研究揭示了植物巧妙解密靶基因染色质上的标记，以精准调控关键基因表达的新机制，对理解植物基因表达调控这一基本科学问题具有重要的理论意义，同时也为作物花期调控的生产应用提供了新思路。