三維基因組在真核生物的發(fā)育過(guò)程和基因調(diào)控中起著重要作用。哺乳動(dòng)物和果蠅中有清晰的基因組結(jié)構(gòu)層級(jí)劃分，且兩者中分別存在由結(jié)構(gòu)蛋白CTCF調(diào)控的拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（topological associated domain，TAD），或由組蛋白修飾調(diào)節(jié)的區(qū)室結(jié)構(gòu)域（compartment domain，CD）。植物中，特別是模式植物擬南芥中是否存在類似結(jié)構(gòu)一直是爭(zhēng)議所在。同時(shí)，作為調(diào)控植物發(fā)育過(guò)程轉(zhuǎn)換的重要復(fù)合物，多梳蛋白復(fù)合物（Polycomb complex）也參與對(duì)三維基因組的調(diào)控。然而，相較PRC2及其介導(dǎo)的H3K27me3修飾，PRC1和H2AK121ub對(duì)于三維基因組的調(diào)控機(jī)理尚不明晰。

     2023年4月18日，蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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The Plant Cell上在線發(fā)表了題為“Binding by the Polycomb complex component BMI1 and H2A monoubiquitination shape local and long-range interactions in the Arabidopsis genome”的研究論文，闡述了BMI1和組蛋白H2A單泛素化對(duì)擬南芥三維基因組的調(diào)控作用。

     該研究首先通過(guò)高深度的HiC數(shù)據(jù)，結(jié)合組蛋白修飾信息，將擬南芥基因組劃分為三種分別由H3K27me1、H3K27me3和H3K4me3主導(dǎo)的CD，發(fā)現(xiàn)CD的邊界常為較開(kāi)放的區(qū)域且缺少組蛋白修飾。H2AK121ub修飾并未富集在特定的CD上，但它常與其他修飾，特別是H3K4me3，在基因上共定位。結(jié)合BMI1的ChIP-seq數(shù)據(jù)和已發(fā)表的基因分辨率的染色質(zhì)環(huán)位置信息，該研究進(jìn)而發(fā)現(xiàn)BMI1-H2AK121ub介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)富集H3K4me3修飾，其強(qiáng)度相較僅存在H3K4me3的染色質(zhì)環(huán)弱。而H2AK121ub-H3K4me3共同修飾的基因相較僅有H3K4me3修飾的基因表達(dá)稍低，這說(shuō)明H2AK121ub在與H3K4me3共定位后抑制了染色質(zhì)環(huán)的形成，進(jìn)而抑制了基因表達(dá)。最后，該研究結(jié)合bmi1abc和clfswn突變體的HiC數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三種CD內(nèi)部的相互作用強(qiáng)度均在突變體中下降，且對(duì)CD內(nèi)部的基因表達(dá)造成影響。bmi1abc突變體中出現(xiàn)了野生型和clfswn突變體中沒(méi)有的遠(yuǎn)距離相互作用，互作區(qū)的基因表達(dá)降低。新出現(xiàn)的相互作用位點(diǎn)有明顯的H3K27me1修飾，其形成與bmi1abc突變體中H2AK121ub的降低相關(guān)。綜上所述，該研究揭示了PRC1協(xié)同PRC2維持CD內(nèi)部相互作用，獨(dú)立于PRC2阻止局部和遠(yuǎn)程相互作用的調(diào)控方式，揭示了多梳蛋白復(fù)合物調(diào)控植物三維基因組的分子機(jī)理。

PRC1介導(dǎo)的H2AK121ub參與調(diào)控局部或遠(yuǎn)程的染色質(zhì)相互作用

     北京大學(xué)周岳研究員和西班牙植物生物化學(xué)和光合作用研究所Myriam Calonje研究員為論文共同通訊作者。北大博雅博士后尹曉暢、西班牙植物生物化學(xué)和光合作用研究所助理研究員Francisco J Romero-Campero、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生楊敏琪為論文共同第一作者。北京大學(xué)生科院秦跟基教授，和揚(yáng)州大學(xué)、浙江大學(xué)等單位也參與了該研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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。

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