多細胞生物的生長發(fā)育伴隨著特定基因類群時空特異性的轉錄激活與抑制調控，深入解析轉錄調控的分子機制具有重要意義。轉錄抑制復合體DREAM (dimerization partner, RB-like, E2F and multi-vulval class B) 在真核生物細胞周期調控中發(fā)揮關鍵作用，為細胞維持分裂靜止狀態(tài)所必需，主要抑制DNA復制及細胞分裂相關基因轉錄。DREAM復合體在植物中如何發(fā)揮轉錄抑制作用尚待深入探究。

     鄧興旺實驗室朱丹萌課題組在對于植物特有非編碼RNA HID1的研究中，發(fā)現擬南芥中HID1基因座下游1.8 kb的位置存在一個功能冗余的同源基因HIL1。野生型中HIL1的表達水平顯著低于HID1，提示HIL1位點可能存在特異的轉錄抑制調控。通過正向遺傳學篩選，課題組鑒定到一個植物DREAM復合體的特有亞基BTE1 (barrier of transcription elongation 1 )，其功能缺失能夠回復hid1突變體幼苗發(fā)育遲滯表型至野生型。hid1 bte1的表型回復主因是HIL1的轉錄抑制釋放。進一步研究發(fā)現BTE1抑制基因組中上百個基因的轉錄。借助遺傳篩選獲得的hid1表型回復顯性突變株，研究發(fā)現BTE1主要由E2F轉錄因子招募至靶基因啟動子區(qū)。BTE1靶基因染色質轉錄起始位點附近呈現顯著的組蛋白H3K4me2修飾富集。BTE1的功能缺失可造成靶基因轉錄起始位點H3K4me3修飾水平顯著上升。有意思的是，BTE1可與COMPASS-like復合物核心骨架蛋白WDR5A直接互作，抑制WDR5A對于靶基因染色質的結合和Pol II介導的轉錄延伸。分子演化分析顯示，BTE1是植物特有基因，其與同源基因BTL1產生于β全基因組復制事件。它們是對抗DNA損傷脅迫的關鍵因子。

     這項研究闡明了非編碼RNA HID1同源基因HIL1被選擇性轉錄抑制的分子機理。研究更新了植物中H3K4me2/3修飾變化與特定基因轉錄狀態(tài)相關性的認識，揭示了植物BTE1作為關鍵調控開關調節(jié)靶基因上H3K4me3修飾水平與RNA聚合酶II轉錄延伸，從而抑制基因轉錄的新機制（圖1）。同時，BTE1/BTL1作為植物全基因組加倍提高環(huán)境脅迫適應性的重要候選因子，值得進一步深入研究。

圖1 DREAM^BTE1介導的轉錄抑制工作模型簡圖

     這項題為The Arabidopsis DREAM complex antagonizes WDR5A to modulate histone H3K4me2/3 deposition for a subset of genome repression的研究成果于2022年6月28日在《美國科學院院報》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在線發(fā)表 （https://www.pnas.org/eprint/Q6FPQRN2MFNZIX4Z3YXW/full）。北京大學現代農學院助理研究員王玉秋博士、博士后范陽陽和已畢業(yè)博士生樊德為文章的共同第一作者，朱丹萌副研究員和鄧興旺教授為共同通訊作者。北大未來技術學院孫育杰研究員、北大生科院張蔚研究員和北大現代農學院何躍輝研究員參與了該項研究。這項研究得到了國家自然科學基金委重大研究計劃、科技部國家重點研發(fā)計劃、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室，以及北大-清華生命科學聯(lián)合中心的資助。