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來源 | 北京大學現代農學院
責編 | 王一
Polycomb Group (PcG)蛋白最早於果蠅中發現，在動物和植物中功能保守。PcG蛋白通過負向修飾染色質抑制基因表達，主要的作用分為三種：單泛素化修飾組蛋白H2A（H2AK121ub）、三甲基化修飾組蛋白H3（H3K27me3）、壓縮染色質。相比較PcG介導的兩種組蛋白修飾，PcG蛋白如何調控染色質結構仍不清楚。
2021年1月12日，蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學現代農學院周嶽課題組與西班牙植物生物化學和光合作用研究所Myriam Calonje研究員合作在Nature Communications上在線發表了題為「H2AK121ub in Arabidopsis associates with a less accessible chromatin state at transcriptional regulation hotspots」的研究論文，揭示了擬南芥PcG蛋白對轉錄調控熱點進行組蛋白H2A的單泛素化修飾，進而通過PRC2和EMF1壓縮染色質狀態，抑制基因表達參與調控植物生長發育的分子機制。
周嶽課題組首先構建了所有擬南芥PcG蛋白的突變體。由於PRC2本質上是一個組蛋白甲基化轉移酶複合體，在孢子體階段核心成員是兩個SET結構域蛋白，CLF和SWN2，因此用 clfswn雙突代表PRC2突變體。植物PRC1有4個成員，相互關係並不清楚，功能也有所區別，所以構建了4種突變體，用以代表所有PRC1突變體，包括 lhp1 、 ring1ab 、 bmi1abc 和 emf1 。研究人員通過ATAC-seq解析了所有PcG突變體的染色質狀態，發現PcG突變體染色質開放程度大幅增加，而且出現了很多新的開放位點。通過整合100個已經發表的轉錄因子ChIP-seq數據，發現Tn5高敏感位點 (THS) 與轉錄因子結合位點共定位，揭示了PcG蛋白參與壓縮轉錄調控熱點的染色質狀態。
進一步對所有PcG突變體進行H2AK121ub和H3K27me3修飾的ChIP-seq分析，結果表明大約80%的THS區域附近存在H2AK121ub修飾，而只有30%的THS區域存在H3K27me3修飾，這30%的THS同時具有H2AK121ub修飾。相比於野生型，被H3K27me3修飾的位點總是關閉的，而同時擁有兩種修飾的區域染色質狀態可以在突變體中被打開。
綜上所述，該研究揭示了植物轉錄因子需要在不同生長階段或環境響應中結合轉錄調控熱點，而轉錄調控熱點的染色質狀態受到PcG蛋白的調控。
北京大學現代農學院博士後尹曉暢和西班牙植物生物化學和光合作用研究所的Francisco J Romero-Campero助理研究員為本文並列第一作者，北京大學現代農學院周嶽研究員、西班牙植物生物化學和光合作用研究所Myriam Calonje研究員和Francisco J Romero-Campero助理研究員為論文共同通訊作者。浙江大學、北京市農林科學院、山東師範大學等單位也參與了該研究。該研究得到國家自然科學基金、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學現代農學院、北京大學-清華大學生命科學聯合中心的資助。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20614-1