NAR | 北京市農林科學院王玉秋/北京大學鄧興旺合作揭示染色質重塑因子PKL介導的染色質狀態調控分子機理

近日，北京市農林科學院林業果樹研究所王玉秋研究員與北京大學鄧興旺團隊合作在國際知名期刊Nucleic Acids Research在線發表題為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重塑因子PICKLE如何調控植物染色質狀態從而介導轉錄調控的分子機理。

圖1. 發表論文網頁截圖

擬南芥PICKLE（PKL）是一種CHD3型染色質重塑因子。盡管PKL在植物發育和對環境刺激的響應中發揮重要作用，但PKL如何影響特定基因位點的染色質狀態調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合位點。后續研究發現，PKL直接與三類光信號轉導調控中重要的轉錄因子HY5、PIF 和TCP相互作用，并由它們招募到特定靶基因位點。PKL結合的基因位點染色質區域富集組蛋白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。進一步研究發現，PKL可與COMPASS-like復合物支架蛋白WDR5A相互作用，并促進WDR5A在共同下游靶基因位點的結合。

此外，PKL及其互作的轉錄因子共同介導靶基因染色質的空間聚集，從而優化目標基因染色質狀態實現轉錄調控。Hi-C分析顯示pkl突變體中染色體內部短距離互作減少、遠程互作增加，靶基因位點空間聚集現象消失。聚集區域與開放染色質特征（如H3K4me3）重合，表明PKL在調控染色質高級結構和基因活性中起關鍵作用。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合位點、組蛋白修飾水平和三維染色質組織特征等多個維度解析了染色質重塑因子PKL在光溫信號轉導中的分子機制，并初步揭示了該機制在植物中的保守性（圖2）。鑒于PKL介導植物幼苗光形態建成、溫度形態建成以及株高等多個重要農藝性狀，本研究的新發現為作物性狀改良提供了潛在靶點與重要理論依據。

圖2. PKL介導的染色質狀態調控機制模式圖

北京大學現代農學院博士后宋蒙飛博士（已出站）為文章的第一作者，北京大學現代農學院鄧興旺教授、北京大學生命科學學院朱丹萌研究員和北京市農林科學院林業果樹研究所王玉秋研究員為論文共同通訊作者。四川大學生命科學學院馬濤教授、美國Wilkes大學William Terzaghi教授、中科院植物學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林科學院林業果樹研究所青年科研基金、國家自然科學基金、基因功能研究與操控全國重點實驗室、北大-清華生命科學聯合中心、核糖核酸北京研究中心、國家農業農村部神農青年英才以及北京市農林科學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