染色質(zhì)重塑復(fù)合體通過(guò)直接調(diào)控核小體的分布和密度進(jìn)而影響轉(zhuǎn)錄因子對(duì)于目標(biāo)基因的結(jié)合，在動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮著重要作用。擬南芥的染色質(zhì)也存在著和動(dòng)物類似的高級(jí)結(jié)構(gòu)，比如染色質(zhì)區(qū)域以及A/B區(qū)室。然而，植物染色質(zhì)重塑復(fù)合體是否以及如何調(diào)控染色體的三維高級(jí)結(jié)構(gòu)卻幾乎未知。2022年4月22日，蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心周岳課題組在The Plant Cell上在線發(fā)表了題為“Chromatin remodeling complexes regulate genome architecture in Arabidopsis”的研究論文，揭示了染色體重塑復(fù)合體通過(guò)調(diào)控核小體的分布和密度來(lái)維持H3K27me3水平進(jìn)而阻止染色體區(qū)室翻轉(zhuǎn)的分子機(jī)制。

     周岳課題組收集了擬南芥4類保守的染色體重塑復(fù)合體ATPase催化亞基的突變體，通過(guò)遺傳學(xué)和多組學(xué)方法分析了這4類核心亞基突變體的染色體3D結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示4類不同的染色質(zhì)重塑復(fù)合體的突變體都展現(xiàn)了染色質(zhì)區(qū)室翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時(shí)區(qū)室強(qiáng)度也顯著降低。染色質(zhì)區(qū)室的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在B區(qū)室向A區(qū)室翻轉(zhuǎn)，突變后的4類染色質(zhì)重塑復(fù)合體在染色體臂都形成了連續(xù)的A區(qū)室。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的B區(qū)室富集H3K27me3修飾，且H3K27me3水平在4類不同的染色質(zhì)重塑因子突變體內(nèi)的區(qū)室翻轉(zhuǎn)區(qū)域有顯著降低。通過(guò)對(duì)比H3K27me3完全消除的突變體，發(fā)現(xiàn)高水平的H3K27me3修飾可以阻止區(qū)室發(fā)生翻轉(zhuǎn)。為了回答染色質(zhì)重組復(fù)合體如何維持H3K27me3水平，通過(guò)MNase-seq檢測(cè)了核小體的密度和分布。研究數(shù)據(jù)表明4類不同的染色質(zhì)重塑復(fù)合體通過(guò)維持核小體密度和調(diào)控核小體分布，影響H3K27me3水平，進(jìn)而阻止染色體區(qū)室翻轉(zhuǎn)（圖一）。

 

圖一 染色體重塑復(fù)合體調(diào)控植物染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)

 

 

     北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后楊婷婷，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生王鼎岳、田廣梅及北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后孫林華為本文并列第一作者，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院周岳研究員為論文通訊作者。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所也參與了該研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

     本課題組常年招收博士研究生，歡迎對(duì)植物表觀研究領(lǐng)域感興趣的同學(xué)報(bào)名CLS和PTN項(xiàng)目，或者北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院。