PWO（PWWP-DOMAIN INTERACTOR OF POLYCOMBS）家族蛋白是一組植物特異蛋白，其家族包括三個成員PWO1、PWO2和PWO3，它們在植物生長發(fā)育過程中起到重要作用。PWO家族蛋白可以與植物中的類核纖層蛋白（Lamin-like protein）相互作用，從而介導(dǎo)異染色質(zhì)在細(xì)胞核膜附近的沉默。CRWN家族蛋白是擬南芥中的類核纖層蛋白，存在于核膜周圍，也被報道可以影響染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。PWO1可以與CRWN1互作，并且PWO家族蛋白突變體同樣表現(xiàn)出類似CRWN家族突變體的細(xì)胞核大小變化，在一定程度上影響染色質(zhì)在細(xì)胞核內(nèi)的排布，暗示PWO家族蛋白在染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成和維持中起一定的在作用。然而，PWO家族蛋白調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子機制尚不清楚。2024年11月11日，蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心周岳課題組在Nucleic Acids Research上在線發(fā)表了題為“PWOs repress gene transcription by regulating chromatin structures in Arabidopsis”的研究論文，揭示了PWOs蛋白通過調(diào)控H3K27me3富集的結(jié)構(gòu)域（H3K27me3-CDs）穩(wěn)定性，并與CRWNs協(xié)同抑制結(jié)構(gòu)域內(nèi)部基因的表達。
周岳課題組通過遺傳學(xué)和多組學(xué)方法分析了PWO1蛋白的結(jié)合位點以及PWOs突變體的染色質(zhì)3D結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果顯示PWO1蛋白結(jié)合位點富含H3K4me3、H3K36me3等激活性組蛋白修飾，但與抑制性組蛋白修飾H3K27me3互斥。此外，PWO1蛋白傾向性的結(jié)合在H3K27me3-CDs邊界區(qū)域，并起維持邊界強度的作用。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)PWOs在調(diào)控H3K27me3-CDs內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)起到重要作用。在pwo123突變體或PRC2的功能缺失突變體（clf swn）中，H3K27me3-CDs內(nèi)染色質(zhì)區(qū)室發(fā)生翻轉(zhuǎn)，同時區(qū)室強度也顯著降低。研究人員進一步通過熒光原位雜交（3D-FISH）技術(shù)檢測了其中一個H3K27me3-CD的空間位置。研究數(shù)據(jù)表明PWOs蛋白或PRC2的功能缺失導(dǎo)致H3K27me3-CDs從核外周遷移到細(xì)胞核內(nèi)部。
此外，研究結(jié)果表明pwo123和crwn1突變體的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化高度相似。首先，在crwn1突變體中，被PWO1結(jié)合的H3K27me3-CDs的互作強度顯著降低；其次，crwn1突變體中H3K27me3-CDs內(nèi)也發(fā)生了染色質(zhì)區(qū)室的轉(zhuǎn)換。RNA-seq結(jié)果顯示，在pwo123和crwn12突變體中，H3K27me3-CDs中的差異表達基因高度重疊，與野生型相比，突變體中的差異表達基因表達水平顯著升高。這些結(jié)果表明PWOs和CRWNs協(xié)同調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)并抑制基因轉(zhuǎn)錄（圖一）。
圖一 PWOs家族蛋白調(diào)節(jié)H3K27me3結(jié)構(gòu)并抑制基因轉(zhuǎn)錄
北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后楊婷婷，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生王鼎岳、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生駱凌霄及已出站博士后尹曉暢為本文并列第一作者，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院周岳研究員為論文通訊作者。該研究得到科技創(chuàng)新2030-重大項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年交叉團隊、中國博士后科學(xué)基金面上項目、國家資助博士后研究人員計劃、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
本課題組常年招收博士研究生，歡迎對植物表觀研究領(lǐng)域感興趣的同學(xué)報名CLS和PTN項目，或者北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院！