多細(xì)胞生物的生長(zhǎng)發(fā)育伴隨著特定基因類(lèi)群時(shí)空特異性的轉(zhuǎn)錄激活與抑制調(diào)控，深入解析轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機(jī)制具有重要意義。轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體DREAM (dimerization partner, RB-like, E2F and multi-vulval class B) 在真核生物細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為細(xì)胞維持分裂靜止?fàn)顟B(tài)所必需，主要抑制DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。DREAM復(fù)合體在植物中如何發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用尚待深入探究。

     鄧興旺實(shí)驗(yàn)室朱丹萌課題組在對(duì)于植物特有非編碼RNA HID1的研究中，發(fā)現(xiàn)擬南芥中HID1基因座下游1.8 kb的位置存在一個(gè)功能冗余的同源基因HIL1。野生型中HIL1的表達(dá)水平顯著低于HID1，提示HIL1位點(diǎn)可能存在特異的轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控。通過(guò)正向遺傳學(xué)篩選，課題組鑒定到一個(gè)植物DREAM復(fù)合體的特有亞基BTE1 (barrier of transcription elongation 1 )，其功能缺失能夠回復(fù)hid1突變體幼苗發(fā)育遲滯表型至野生型。hid1 bte1的表型回復(fù)主因是HIL1的轉(zhuǎn)錄抑制釋放。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BTE1抑制基因組中上百個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄。借助遺傳篩選獲得的hid1表型回復(fù)顯性突變株，研究發(fā)現(xiàn)BTE1主要由E2F轉(zhuǎn)錄因子招募至靶基因啟動(dòng)子區(qū)。BTE1靶基因染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近呈現(xiàn)顯著的組蛋白H3K4me2修飾富集。BTE1的功能缺失可造成靶基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)H3K4me3修飾水平顯著上升。有意思的是，BTE1可與COMPASS-like復(fù)合物核心骨架蛋白WDR5A直接互作，抑制WDR5A對(duì)于靶基因染色質(zhì)的結(jié)合和Pol II介導(dǎo)的轉(zhuǎn)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(chǎn)生于β全基因組復(fù)制事件。它們是對(duì)抗DNA損傷脅迫的關(guān)鍵因子。

     這項(xiàng)研究闡明了非編碼RNA HID1同源基因HIL1被選擇性轉(zhuǎn)錄抑制的分子機(jī)理。研究更新了植物中H3K4me2/3修飾變化與特定基因轉(zhuǎn)錄狀態(tài)相關(guān)性的認(rèn)識(shí)，揭示了植物BTE1作為關(guān)鍵調(diào)控開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)靶基因上H3K4me3修飾水平與RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄延伸，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄的新機(jī)制（圖1）。同時(shí)，BTE1/BTL1作為植物全基因組加倍提高環(huán)境脅迫適應(yīng)性的重要候選因子，值得進(jìn)一步深入研究。

圖1 DREAM^BTE1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制工作模型簡(jiǎn)圖

     這項(xiàng)題為T(mén)he 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(guó)科學(xué)院院報(bào)》(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(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院助理研究員王玉秋博士、博士后范陽(yáng)陽(yáng)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(lái)技術(shù)學(xué)院孫育杰研究員、北大生科院張蔚研究員和北大現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院何躍輝研究員參與了該項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。