PcG（Polycomb Group）家族蛋白是真核生物發(fā)育過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，主要通過組蛋白修飾機(jī)制調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。其中，多梳抑制復(fù)合物1（PRC1）和2（PRC2）分別催化組蛋白H2A的單泛素化（H2Aub）和組蛋白H3第27位賴氨酸的三甲基化（H3K27me3）。值得注意的是，盡管PRC2的核心組分及其在基因抑制中的功能在不同物種間高度保守，PRC1的組分則表現(xiàn)出較高的多樣性，且H2Aub的具體作用機(jī)制尚需進(jìn)一步闡明。此外在擬南芥中，RING1A/B與BMI1A/B/C均表現(xiàn)出H2Aub催化活性，這一特征與動物中的催化機(jī)制存在明顯差異。
2025年12月29日，基因功能研究與操控全國重點(diǎn)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The Plant Cell上發(fā)表了題為“RING1 and BMI1 catalytic activities play distinct roles in plant PcG-mediated gene regulation”的研究論文。該研究通過構(gòu)建RING1與BMI1的酶活突變體，系統(tǒng)探討了這兩類蛋白本身及其催化活性在調(diào)控不同靶基因中的功能差異。
周岳課題組首先對RING1A和BMI1B蛋白中負(fù)責(zé)催化功能的RING結(jié)構(gòu)域進(jìn)行定點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)在表達(dá)相應(yīng)酶活突變體的轉(zhuǎn)基因植株中，H2Aub整體水平顯著降低。進(jìn)一步通過Pull-down、BiFC及Co-IP等實驗，評估了RING1A與BMI1B及其突變體與關(guān)鍵互作蛋白之間的結(jié)合能力，證實催化活性的喪失并未影響其與PRC1相關(guān)組分LHP1、PRC2核心蛋白CLF以及其他表觀因子AL6之間的相互作用。與表達(dá)野生型RING1A和BMI1B的轉(zhuǎn)基因植株相比，表達(dá)酶活突變體的擬南芥中H3K27me3水平下降，并伴隨明顯的發(fā)育異常表型。這一結(jié)果不僅證實了H3K27me3修飾對H2Aub的依賴性，也表明RING1A與BMI1B通過其催化活性在植物生長發(fā)育調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
基于ring1ab和bmi1abc突變體及其酶活突變體（ring1ab/RING1A4M-FLAG和bmi1abc/BMI1B4M-FLAG）的H2Aub和H3K27me3 ChIP-seq數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對受RING1A和BMI1B調(diào)控的修飾目標(biāo)基因進(jìn)行了系統(tǒng)分類與功能解析。在H2Aub與H3K27me3共定位的基因中，約75%受到RING1與BMI1的共同調(diào)控，其中BMI1在維持修飾水平和抑制基因表達(dá)方面貢獻(xiàn)更為突出。研究還發(fā)現(xiàn)，RING1和BMI1能夠通過獨(dú)立于其催化活性的機(jī)制，參與部分基因位點(diǎn)上PRC2復(fù)合物及H3K27me3修飾的招募。在僅含H2Aub修飾的基因中，H2Aub的建立及對應(yīng)基因的表達(dá)調(diào)控主要由RING1驅(qū)動。此外，盡管失去催化活性，無酶活能力的BMI1蛋白仍可在部分靶基因上輔助RING1功能，并在bmi1abc突變體背景下部分補(bǔ)償H2Aub水平的下降。
近年來，周岳課題組在植物表觀遺傳領(lǐng)域取得系列進(jìn)展，圍繞組蛋白修飾（Nat Commun, 2021; Plant Cell, 2023; Nucleic Acids Res, 2024; Adv Sci, 2025; Plant Cell, 2025）和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)（Plant Cell, 2022; Genome Biol, 2024; Mol Cell, 2024; Genome Biol, 2025; Curr Opin Plant Biol, 2025; Plant Cell, 2025）發(fā)表多篇論文，系統(tǒng)揭示了表觀遺傳調(diào)控植物生長發(fā)育的分子機(jī)制。
周岳研究員為本文通訊作者。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生楊敏琪、蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士劉亞麗、北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院已畢業(yè)博士舒家悅和博士生宋知涵為本文共同第一作者。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生余躍、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院已畢業(yè)博士駱凌瀟、博士后楊婷婷也參與了本研究。西班牙植物生物化學(xué)和光合作用研究所Myriam Calonje研究員、北京大學(xué)何航研究員、賀新強(qiáng)教授和蘭州大學(xué)郭光沁教授為本研究做出重要貢獻(xiàn)。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(tuán)隊、基因功能研究與操控全國重點(diǎn)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。