清华新闻网12月13日电 真核生物中组蛋白翻译后修饰能够通过影响染色质状态调控基因的转录。以往的研究表明，与动物中不同，植物中与转录抑制关联的组蛋白H2A单泛素修饰（H2Aub）在转录活跃基因上大量富集，然而富集的分子机制尚不清楚。AL蛋白家族是植物所特有，这类蛋白所具有的PHD结构域能够识别H3K4me3修饰，该修饰与基因的转录活跃相关联。

清华大学生物医学交叉研究院何新建课题组对拟南芥中的AL1~AL7七个蛋白进行了系统研究。利用T-DNA突变、CRISPR/Cas9诱导突变和遗传杂交，获得了单突体和不同组合的多突变体。研究表明，单突变体没有明显的生长发育表型，多突变表现明显的早花，而高阶多突变体出现明显的生长发育缺陷乃至致死，这表明拟南芥不同AL蛋白之间功能冗余，对植物的生长发育至关重要（图1）。

图1. AL蛋白调控植物开花时间和生长发育

为了探究AL蛋白作用的分子机制，研究者对拟南芥七个AL蛋白进行亲和纯化结合质谱分析，鉴定它们的结合蛋白。结果表明，AL蛋白能够与许多染色质相关蛋白或蛋白复合体互作（图2）。深入研究表明，AL蛋白N端的PAL结构域负责与这些染色质相关蛋白结合，而C-端的PHD结构域不是结合所必需。ChIP-seq分析表明，PAL和PHD这两个结构域对于AL蛋白在全基因组水平上与靶基因结合都具有重要作用。特别地，其中PHD结构域特异负责将AL蛋白招募到具有较高H3K4me3水平的靶基因上。

图2.AL蛋白与多种染色质相关蛋白互作

本研究发现拟南芥AL蛋白主要在全基因组水平负责促进H2Aub修饰，是PRC1复合体的植物特异亚基，在具有较高H3K4me3水平的靶基因上促进H2Aub修饰，从而抑制这些基因的转录活性状态。利用拟南芥中负责H3K4me3修饰关键酶SDG2的突变体，进一步明确了H3K4me3与H2Aub修饰之间在全基因组水平上的上下游关系，阐明了AL蛋白在偶联这两种修饰之间的关键作用。此外，本研究还发现AL蛋白能够通过与其他多种染色质相关蛋白或蛋白复合体互作用参与调控H2A.Z组装、组蛋白修饰和染色质开放，揭示了AL蛋白功能的多样性（图3）。

综上，本研究发现了植物特异的H3K4me3与H2Aub修饰在全基因组范围内偶联的分子机制，揭示了H3K4me3修饰与其他多种染色质修饰之间联系，为深入理解不同染色质修饰之间的关联机制奠定了基础。

图3.AL蛋白的工作模型

研究成果以“阿尔芬样蛋白将组蛋白H3K4me3与H2A泛素化联系起来，并协调拟南芥中多种染色质修饰”（ALFIN-like proteins link histone H3K4me3 with H2A ubiquitination and coordinate diverse chromatin modifications in Arabidopsis）为题，于12月11日在线发表在《分子植物》（Molecular Plant）期刊上。研究发现拟南芥中识别组蛋白H3K4me3修饰的ALFIN-like (AL) 蛋白作为PRC1复合体亚基促进H2Aub修饰，从而在全基因组水平建立H3K4me3与H2Aub修饰之间的偶联。

何新建课题组的2021级博士研究生苏小敏为该论文的第一作者，何新建研究员为通讯作者。其他作者包括北京生命科学研究所的袁丹阳、刘娜、张钊晨、李琳、陈涉研究员，北京大学现代农学院的杨敏琪、周岳研究员。该研究得到科技部和国家自然科学基金委的资助。

论文链接：

https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S1674-2052%2824%2900391-5

供稿：生物医学交叉研究院

编辑：李华山

审核：郭玲