植物的生長發(fā)育過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)育時期的需要。Polycomb group (PcG)蛋白是一個在進化上保守的沉默基因表達的系統(tǒng)。PcG蛋白對包括植物在內(nèi)的真核生物的生長發(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)嚴重的發(fā)育異常表型，無法完成整個生命周期。PcG蛋白在靶基因上建立抑制基因轉(zhuǎn)錄的組蛋白修飾達到沉默基因表達的目的，因此準確識別靶基因，對于PcG蛋白行使其功能至關(guān)重要。然而，PcG蛋白自身不具有識別DNA的結(jié)構(gòu)域，因此PcG蛋白如何識別靶基因的機制依然不清楚。
在植物中，PcG蛋白同樣在植物的生長、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，因此相比動物，植物更加依賴于通過及時快速調(diào)節(jié)基因的表達水平來完成它們對外界環(huán)境變化的響應(yīng)。在植物中，對上述問題的深入研究不僅對于理解Polycomb沉默這一重要表觀遺傳機理有重要的科學(xué)意義，同時對理解植物基因轉(zhuǎn)錄如何應(yīng)答內(nèi)源發(fā)育信號和外界環(huán)境變化具有重要的理論價值。
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）識別靶基因機制方面取得了重要的新進展。在這項工作中，研究團隊通過表觀基因組的系統(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，但是其具體機制并不是十分清楚。在這項研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)val1 val2的雙突變體表現(xiàn)出與PRC2突變體swn clf類似的表型以及轉(zhuǎn)錄組。進一步研究發(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，研究團隊發(fā)現(xiàn)由VAL1/2介導(dǎo)的PRC2復(fù)合體招募機制獨立于先前報道的其它招募機制。綜上，這項工作發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄抑制因子VAL1和VAL2能直接招募植物PRC2復(fù)合體識別靶基因，對理解植物PRC2復(fù)合體調(diào)節(jié)植物基因表達的機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日在國際著名刊物Nucleic Acids Research上在線發(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。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目，廣東省自然科學(xué)基金及中央高校科研業(yè)務(wù)費的支持。
