复旦大学董爱武课题组揭示植物组蛋白H3第36位赖氨酸甲基化修饰建立的分子机制

来源：植物科学最前沿

近日，Nature Communications在线发表了复旦大学生命科学学院董爱武课题组的题为“The transcription factor OsSUF4 interacts with SDG725 in promoting H3K36me3 establishment”的研究论文。该研究解析了单子叶模式植物水稻中组蛋白H3第36位赖氨酸三甲基化（H3K36me3）修饰建立的分子机制。

组蛋白赖氨酸甲基化修饰作为一种最重要的表观遗传修饰之一，在不同物种中的功能是相对保守的。不同位点上的赖氨酸甲基化（组蛋白H3第4，9，27，36，79以及H4第20位赖氨酸残基）或是同一位点不同程度的甲基化（me1, me2, me3）代表着不同的染色质状态，进而影响基因的转录。尽管组蛋白赖氨酸甲基化修饰的功能在不同物种中相对保守，但某些修饰在动、植物基因组上的分布方式却存在差异，暗示了植物中存在特殊的组蛋白甲基化修饰的建立机制。

董爱武课题组的研究首先分析了不同物种中H3K36me3的分布情况，包括单细胞酵母、无脊椎动物线虫和果蝇、脊椎动物小鼠和人类、模式植物拟南芥和水稻，结果显示不同于其他物种，植物中H3K36me3主要分布在基因体（gene body）的5’端。为了探索植物H3K36me3特异分布模式的建立机制，利用酵母双杂交系统，以水稻中主效的H3K36me3甲基转移酶SDG725作为诱饵蛋白，筛选出与之结合的转录因子OsSUF4，生化实验进一步证明了SDG725与 OsSUF4的体外、体内相互作用。遗传分析发现OsSUF4缺失的水稻植株表现出与SDG725下调植株一致的晚花表型；与晚花表型相一致，开花关键调节因子成花素基因RFT1与Hd3a在突变体中的表达降低。染色质免疫沉淀（ChIP）实验证明了OsSUF4与SDG725以相互促进的方式结合在RFT1与Hd3基因的染色质区域并通过建立H3K36me3促进基因转录。此外，利用EMSA技术，鉴定了转录因子OsSUF4特异结合的DNA元件（5’-CGGAAAT-3’）；分析水稻基因组序列发现水稻中有3000多个基因在启动子区域包含这一顺式元件。ChIP-seq结合RNA-seq分析发现，OsSUF4的下调在全基因组范围内影响了一批包含该DNA元件的基因的H3K36me3修饰水平和转录水平，进一步表明OsSUF4可以通过招募SDG725促进 H3K36me3修饰的建立。最后，通过分析OsSUF4锌指结构域的晶体结构，发现了锌指结构域中负责结合靶DNA的关键氨基酸。因此该研究通过生物信息学、生物化学、遗传学以及结构生物学等多种研究手段揭示了水稻中H3K36me3甲基化修饰在基因体5’端建立的分子机制。

董爱武教授课题组的博士后刘兵为论文的第一作者，董爱武教授以及俞瑜副教授为共同通讯作者。相关研究得到了国家自然科学基金的资助。

全文链接 :

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10850-5

图1 水稻H3K36me3修饰的建立机制

a, 不同物种中H3K36me3修饰的分布方式；

b, OsSUF4下调突变体表现出与SDG725下调突变体一致的晚花表型；

c, OsSUF4的晶体结构。