新民晚報訊(見習記者 郜陽)植物沒法靠遷徙躲避不利的自然困境，它們又是如何適應環(huán)境開花結(jié)果的呢?8月6日，中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心植物分子遺傳國家重點實驗室何躍輝研究組，和杜嘉木研究組合作，分別在國際知名期刊《自然·遺傳學》上背靠背發(fā)表研究論文。研究人員通過生化、分子、遺傳、組學及結(jié)構生物學等方法，分別揭示了植物“閱讀器”和“效應器”介導植物發(fā)育過程中基因沉默的分子機制，以及二價組蛋白標記閱讀器EBS在擬南芥開花時間調(diào)控中的作用機制。

　　大多數(shù)動物和植物，都是多細胞生物。在動植物的細胞分化過程中，每個細胞的基因都一樣;而分化以后，卻產(chǎn)生了多種多樣的細胞。這就意味著，在分化過程中，不同細胞被關閉的基因不一樣。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關聯(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。“細胞在組蛋白上添上標記，如沉默標記H3K27me3，來標記可能有表達變化的基因。其中，SHL-EBS家族蛋白構成了標記‘閱讀器’，EMF1蛋白則是‘效應器’，兩者互相作用形成‘閱讀器-效應器’復合體以調(diào)控基因表達。”

　　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-效應器’復合體。”這些發(fā)現(xiàn)揭示了植物在漫長的進化過程中演化出了與動物不同的H3K27me3解密機制來抑制基因表達，以適應環(huán)境和調(diào)控生長發(fā)育。

　　杜嘉木研究組則通過合作發(fā)現(xiàn)EBS蛋白含兩個結(jié)構域，分別結(jié)合H3K27me3和H3K4me3標記，體外實驗表明EBS結(jié)合H3K27me3的親和力要高于結(jié)合H3K4me3的親和力，進一步的結(jié)構生物學研究發(fā)現(xiàn)EBS的BAH結(jié)構域通過識別肽段H3K27me3的甲基化賴氨酸和第30位的脯氨酸來實現(xiàn)序列選擇的特異性。有趣的是，EBS可以通過C端一段含有脯氨酸的無規(guī)則結(jié)構,以自抑制的方式抑制PHD結(jié)構域結(jié)合H3K4me3。而當自抑制解除之后，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而抑制開花，因而EBS可以作為一個分子開關，能分別識別H3K4me3和H3K27me3標記以及精確轉(zhuǎn)變其結(jié)合偏好性來確保適時開花。

　　這兩項研究揭示了植物巧妙解密靶基因染色質(zhì)上的標記，以精準調(diào)控關鍵基因表達的新機制，對理解植物基因表達調(diào)控這一基本科學問題具有重要的理論意義，同時也為作物花期調(diào)控的生產(chǎn)應用提供了新思路。