近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所王玉秋研究員與北京大學(xué)鄧興旺團隊合作在國際知名期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表題為PKL mediates H3K4me2 modification and spatial gene congregation in chromatin regulation的研究論文（圖1）。該研究揭示了染色質(zhì)重塑因子PICKLE如何調(diào)控植物染色質(zhì)狀態(tài)從而介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機理。

圖1. 發(fā)表論文網(wǎng)頁截圖

擬南芥PICKLE（PKL）是一種CHD3型染色質(zhì)重塑因子。盡管PKL在植物發(fā)育和對環(huán)境刺激的響應(yīng)中發(fā)揮重要作用，但PKL如何影響特定基因位點的染色質(zhì)狀態(tài)調(diào)控基因表達尚不清楚。利用ChIP-seq等實驗方法，本研究在WT和pkl 突變體中鑒定出3534個高置信度的全基因組結(jié)合位點。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，PKL直接與三類光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控中重要的轉(zhuǎn)錄因子HY5、PIF 和TCP相互作用，并由它們招募到特定靶基因位點。PKL結(jié)合的基因位點染色質(zhì)區(qū)域富集組蛋白H3K4me2和H3K4me3修飾。pkl突變體中H3K4me2水平顯著下降，表明PKL 有助于維持靶基因位點H3K4me2組蛋白修飾水平。進一步研究發(fā)現(xiàn)，PKL可與COMPASS-like復(fù)合物支架蛋白WDR5A相互作用，并促進WDR5A在共同下游靶基因位點的結(jié)合。

此外，PKL及其互作的轉(zhuǎn)錄因子共同介導(dǎo)靶基因染色質(zhì)的空間聚集，從而優(yōu)化目標基因染色質(zhì)狀態(tài)實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。Hi-C分析顯示pkl突變體中染色體內(nèi)部短距離互作減少、遠程互作增加，靶基因位點空間聚集現(xiàn)象消失。聚集區(qū)域與開放染色質(zhì)特征（如H3K4me3）重合，表明PKL在調(diào)控染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)和基因活性中起關(guān)鍵作用。此特征在早期陸地植物地錢中具有保守性。

綜上，本研究從全基因組結(jié)合位點、組蛋白修飾水平和三維染色質(zhì)組織特征等多個維度解析了染色質(zhì)重塑因子PKL在光溫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的分子機制，并初步揭示了該機制在植物中的保守性（圖2）。鑒于PKL介導(dǎo)植物幼苗光形態(tài)建成、溫度形態(tài)建成以及株高等多個重要農(nóng)藝性狀，本研究的新發(fā)現(xiàn)為作物性狀改良提供了潛在靶點與重要理論依據(jù)。

圖2. PKL介導(dǎo)的染色質(zhì)狀態(tài)調(diào)控機制模式圖

北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后宋蒙飛博士（已出站）為文章的第一作者，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺教授、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱丹萌研究員和北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所王玉秋研究員為論文共同通訊作者。四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院馬濤教授、美國Wilkes大學(xué)William Terzaghi教授、中科院植物學(xué)研究所徐波研究員和湘湖實驗室林榮呈研究員為本項目的開展提供了重要支持。這項研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所青年科研基金、國家自然科學(xué)基金、基因功能研究與操控全國重點實驗室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、核糖核酸北京研究中心、國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部神農(nóng)青年英才以及北京市農(nóng)林科學(xué)院高層次人才引進等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/nar/gkaf1376