新民晚報(bào)訊(見(jiàn)習(xí)記者 郜陽(yáng))植物沒(méi)法靠遷徙躲避不利的自然困境，它們又是如何適應(yīng)環(huán)境開(kāi)花結(jié)果的呢?8月6日，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何躍輝研究組，和杜嘉木研究組合作，分別在國(guó)際知名期刊《自然·遺傳學(xué)》上背靠背發(fā)表研究論文。研究人員通過(guò)生化、分子、遺傳、組學(xué)及結(jié)構(gòu)生物學(xué)等方法，分別揭示了植物“閱讀器”和“效應(yīng)器”介導(dǎo)植物發(fā)育過(guò)程中基因沉默的分子機(jī)制，以及二價(jià)組蛋白標(biāo)記閱讀器EBS在擬南芥開(kāi)花時(shí)間調(diào)控中的作用機(jī)制。

　　大多數(shù)動(dòng)物和植物，都是多細(xì)胞生物。在動(dòng)植物的細(xì)胞分化過(guò)程中，每個(gè)細(xì)胞的基因都一樣;而分化以后，卻產(chǎn)生了多種多樣的細(xì)胞。這就意味著，在分化過(guò)程中，不同細(xì)胞被關(guān)閉的基因不一樣。組蛋白賴氨酸的甲基化修飾在真核生物基因表達(dá)調(diào)控中的作用廣泛，是一種重要的調(diào)控方式。其中組蛋白H3第4位賴氨酸的三甲基化(H3K4me3)修飾通常與基因活性表達(dá)關(guān)聯(lián)，而H3第27位賴氨酸的三甲基化(H3K27me3)修飾則與之拮抗，抑制基因表達(dá)。“細(xì)胞在組蛋白上添上標(biāo)記，如沉默標(biāo)記H3K27me3，來(lái)標(biāo)記可能有表達(dá)變化的基因。其中，SHL-EBS家族蛋白構(gòu)成了標(biāo)記‘閱讀器’，EMF1蛋白則是‘效應(yīng)器’，兩者互相作用形成‘閱讀器-效應(yīng)器’復(fù)合體以調(diào)控基因表達(dá)。”

　　何躍輝研究員告訴記者，“我們分別研究了雙子葉的擬南芥和單子葉的水稻這兩種模式植物。在擬南芥上我們發(fā)現(xiàn)，如若‘閱讀器’缺失，基因組上被沉默的基因，其狀態(tài)不能被維持，植物的體細(xì)胞分化被逆轉(zhuǎn)，形成愈傷組織。水稻也存在類似的‘閱讀器-效應(yīng)器’復(fù)合體。”這些發(fā)現(xiàn)揭示了植物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中演化出了與動(dòng)物不同的H3K27me3解密機(jī)制來(lái)抑制基因表達(dá)，以適應(yīng)環(huán)境和調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育。

　　杜嘉木研究組則通過(guò)合作發(fā)現(xiàn)EBS蛋白含兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別結(jié)合H3K27me3和H3K4me3標(biāo)記，體外實(shí)驗(yàn)表明EBS結(jié)合H3K27me3的親和力要高于結(jié)合H3K4me3的親和力，進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)EBS的BAH結(jié)構(gòu)域通過(guò)識(shí)別肽段H3K27me3的甲基化賴氨酸和第30位的脯氨酸來(lái)實(shí)現(xiàn)序列選擇的特異性。有趣的是，EBS可以通過(guò)C端一段含有脯氨酸的無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu),以自抑制的方式抑制PHD結(jié)構(gòu)域結(jié)合H3K4me3。而當(dāng)自抑制解除之后，EBS則將其結(jié)合偏好性轉(zhuǎn)為H3K4me3。整體上，EBS抑制成花素基因表達(dá)而抑制開(kāi)花，因而EBS可以作為一個(gè)分子開(kāi)關(guān)，能分別識(shí)別H3K4me3和H3K27me3標(biāo)記以及精確轉(zhuǎn)變其結(jié)合偏好性來(lái)確保適時(shí)開(kāi)花。

　　這兩項(xiàng)研究揭示了植物巧妙解密靶基因染色質(zhì)上的標(biāo)記，以精準(zhǔn)調(diào)控關(guān)鍵基因表達(dá)的新機(jī)制，對(duì)理解植物基因表達(dá)調(diào)控這一基本科學(xué)問(wèn)題具有重要的理論意義，同時(shí)也為作物花期調(diào)控的生產(chǎn)應(yīng)用提供了新思路。