GH1-HMGA蛋白是新的染色质结构因子，调控植物开花学术资讯

染色质结构对基因表达和许多其他细胞过程至关重要。在拟南芥中，花抑制因子FLC通过其侧翼区域的桥接而采用自环染色质结构。这个局部基因环是激活FLC表达所必需的。然而，这类基因环形成的分子机制尚不清楚。

2021年6月11日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Sibum Sung团队在Science Advances发表了题为Chromatin architectural proteins regulate flowering time by precluding gene looping的研究工作。该工作发现拟南芥GH1-HMGA家族的成员是染色质结构因子，GH1-HMGA蛋白通过阻止5‘-3’基因环的形成直接抑制FLC，从而促进FLC的转录激活。

核蛋白高迁移率族蛋白超家族（High-Mobility Group protein, HMG蛋白）的生物学功能包括调节DNA复制、转录、重组和修复等。HMG蛋白超家族根据分子量大小、序列相似性和DNA结构特性分为HMGA、HMGB和HMGN家族。这类蛋白的特点是能与DNA结合，也能与细胞内最丰富的染色质结合蛋白蛋白H1作用。植物GH1结构域蛋白的一个亚类具有与哺乳动物HMGA蛋白相似的C-末端结构域，因此被命名为GH1-HMGA分支。然而，植物GH1-HMGA蛋白仅限于被子植物，这意味着它们是最近在植物谱系中进化出来的。植物GH1-HMGA蛋白的生物学功能尚不清楚。

本研究，首先通过系统发育分析确定拟南芥GH1-HMGA家族成员是与哺乳动物HMGA蛋白最接近的同源物。然而，拟南芥GH1-HMGA家族蛋白是独一无二的，因为它们含有GH1结构域，这是H1连接器组蛋白蛋白的标志性基序。GH1结构域和AT-Hook基序都能与核小体结合，表明拟南芥GH1-HMGA蛋白可能是影响染色质结构的构筑因子。

紧接着，鉴于植物GH1-HMGA蛋白的生物学功能大多未知，作者分离并分析了相应的T-DNA插入功能缺失突变体。发现hon4，hon5和gh1-hmga3单突变植株表现出轻微但可重复的晚花表型。随后的遗传分析表明，hon4hon5(Hon45)双突变株表现出更明显的晚花表型，并通过逐步导入gh1-hmga3和gh1-hmga4突变进一步增强了晚花的表型，因此，GH1-HMGA基因家族的成员冗余地控制了拟南芥的成花转变。

为了探索GH1-HMGA基因家族在植物发育中的作用，利用hon45突变体进行了RNA-seq分析和qRT-PCR，发现并证实了在hon45突变体中，成花抑制因子FLC的转录显著增加。将HON4或HON5基因组序列与Myc融合，进行分子互补。发现gHON4-Myc或gHON5-Myc可以补充hon45晚花表型。定位分析发现，与它们作为染色质结构蛋白的潜在作用一致，HON4-GFP和HON5-GFP仅定位于植物细胞的细胞核。

拟南芥GH1-HMGA家族通过FLC基因调控开花

前期研究发现FLC位点发现了两个相互竞争的染色质环。已知在FLC侧翼区的5‘和3’之间的基因环是激活FLC转录所必需的。然而，参与FLC基因环形成的调控因子尚不清楚。由于HON5与5‘-3’FLC基因环形成的相同区域结合，研究了GH1-HMGA基因家族是否在FLC基因环的形成中起作用。通过染色体构象捕获和定量PCR，发现与野生型Col-0)相比，honq突变体在FLC的5‘到3’基因环的频率显著增加(4倍以上)。同样，观察到与野生型Fri-Col相比，Honq-Fri的FLC基因环路显著增加。与Fri-Col相比，在Honq-Col中，FLC基因循环的频率更强，尽管在Col-0背景下，Fri-Col中的FLC转录水平是Honq突变体的四倍。因此，GH1-HMGA家族蛋白通过阻止FLC的5‘-3’基因环而参与FLC的抑制，而不依赖于FRI复合体。