Polycomb Group (PcG)蛋白最早于果蠅中發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)代農學院周岳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《自然?通訊》（Nature Communication）上在線發(fā)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(tài)，抑制基因表達參與調控植物生長發(fā)育的分子機制。

　　周岳課題組首先構建了所有擬南芥PcG蛋白的突變體。由于PRC2本質上是一個組蛋白甲基化轉移酶復合體，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，相互關系并不清楚，功能也有所區(qū)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(tài)，發(fā)現(xiàn)PcG突變體染色質開放程度大幅增加，而且出現(xiàn)了很多新的開放位點。通過整合100個已經發(fā)表的轉錄因子ChIP-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)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(tài)。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(qū)域附近存在H2AK121ub修飾，而只有30%的THS區(qū)域存在H3K27me3修飾，這30%的THS同時具有H2AK121ub修飾。相比于野生型，被H3K27me3修飾的位點總是關閉的，而同時擁有兩種修飾的區(qū)域染色質狀態(tài)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(huán)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(tài)受到PcG蛋白的調控。

　　工作模型：PcG蛋白通過組蛋白修飾調控染色質狀態(tài)

　　北京大學現(xiàn)代農學院博士后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助理研究員為本文并列第一作者，北京大學現(xiàn)代農學院周岳研究員、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、山東師范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(xiàn)代農學院、北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心的資助。

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