植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程涉及到特異基因的抑制和激活。在分子水平上，每一次發(fā)育轉(zhuǎn)型都伴隨有大量特定基因的選擇性抑制與激活，以適應(yīng)特定發(fā)育時(shí)期的需要。Polycomb group (PcG)蛋白是一個(gè)在進(jìn)化上保守的沉默基因表達(dá)的系統(tǒng)。PcG蛋白對(duì)包括植物在內(nèi)的真核生物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。該系統(tǒng)的異常往往導(dǎo)致前一階段特異基因不能被正常抑制，引發(fā)嚴(yán)重的發(fā)育異常表型，無(wú)法完成整個(gè)生命周期。PcG蛋白在靶基因上建立抑制基因轉(zhuǎn)錄的組蛋白修飾達(dá)到沉默基因表達(dá)的目的，因此準(zhǔn)確識(shí)別靶基因，對(duì)于PcG蛋白行使其功能至關(guān)重要。然而，PcG蛋白自身不具有識(shí)別DNA的結(jié)構(gòu)域，因此PcG蛋白如何識(shí)別靶基因的機(jī)制依然不清楚。
在植物中，PcG蛋白同樣在植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、生物與非生物應(yīng)答等多方面扮演至關(guān)重要的角色。由于植物不能移動(dòng)，因此相比動(dòng)物，植物更加依賴(lài)于通過(guò)及時(shí)快速調(diào)節(jié)基因的表達(dá)水平來(lái)完成它們對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)。在植物中，對(duì)上述問(wèn)題的深入研究不僅對(duì)于理解Polycomb沉默這一重要表觀(guān)遺傳機(jī)理有重要的科學(xué)意義，同時(shí)對(duì)理解植物基因轉(zhuǎn)錄如何應(yīng)答內(nèi)源發(fā)育信號(hào)和外界環(huán)境變化具有重要的理論價(jià)值。
近日，我校生命科學(xué)學(xué)院李陳龍課題組在植物多梳蛋白復(fù)合體2（PRC2）識(shí)別靶基因機(jī)制方面取得了重要的新進(jìn)展。在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)表觀(guān)基因組的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄抑制因子VIVIPAROUS1 (VAL1) 和 VAL2能在全基因組范圍內(nèi)招募PRC2復(fù)合體到其靶基因上。先前的研究發(fā)現(xiàn)VAL1/2參與PRC2抑制基因表達(dá)，但是其具體機(jī)制并不是十分清楚。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)val1 val2的雙突變體表現(xiàn)出與PRC2突變體swn clf類(lèi)似的表型以及轉(zhuǎn)錄組。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，VAL1/2能夠直接與PRC2復(fù)合體催化亞基SWN/CLF互作（圖1）。全基因組范圍內(nèi)ChIP-seq靶基因分析表明VAL1/2結(jié)合到大量的PRC2復(fù)合體的靶基因上（圖1）。突變VAL1/2導(dǎo)致PRC2復(fù)合體與靶基因的結(jié)合能力大大下降，并且導(dǎo)致全基因組范圍內(nèi)的H3K27me3修飾的重排。最后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)由VAL1/2介導(dǎo)的PRC2復(fù)合體招募機(jī)制獨(dú)立于先前報(bào)道的其它招募機(jī)制。綜上，這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄抑制因子VAL1和VAL2能直接招募植物PRC2復(fù)合體識(shí)別靶基因，對(duì)理解植物PRC2復(fù)合體調(diào)節(jié)植物基因表達(dá)的機(jī)理具有重要理論意義。
圖1：VAL1/2直接與PRC2復(fù)合體催化亞基SWN/CLF互作, 且結(jié)合到大量的PRC2復(fù)合體的靶基因上。
圖2：VAL1/2招募PRC2復(fù)合體的工作模型。VAL1/2能直接與PRC2復(fù)合體催化亞基SWN和CLF互作，并招募它們到靶基因上進(jìn)行H3K27me3催化，抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。
研究成果“The transcriptional repressors VAL1 and VAL2 recruit PRC2 for genome-wide Polycomb silencing in Arabidopsis”于2020年12月4日在國(guó)際著名刊物Nucleic Acids Research上在線(xiàn)發(fā)表。我校生命科學(xué)學(xué)院李陳龍教授為該論文唯一通訊作者，課題組博士后袁良兵為第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，廣東省自然科學(xué)基金及中央高?？蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的支持。
