PcG介導(dǎo)的組蛋白H3第27位賴(lài)氨酸上*基化（H3K27me3）在基因沉默和發(fā)育調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用。小鼠胚胎干細(xì)胞中超過(guò)10%的基因受該種修飾調(diào)控，擬南芥中超過(guò)7,000個(gè)基因受該修飾調(diào)控。擬南芥中H3K27me3主要由CLF和SWN兩個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶催化，并招募LHP1結(jié)合以有效抑制基因表達(dá)。在哺乳動(dòng)物中H3K27me3修飾是可逆的，但植物中并不存在哺乳動(dòng)物中H3K27me3去甲基化酶KDM6的直系同源物。此前有研究表明，擬南芥中H3K27me3甲基化也是可以被主動(dòng)去除的，因此揭示H3K27me3去甲基化的分子機(jī)制是植物表觀遺傳學(xué)研究中的一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題。



        中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)研究組對(duì)植物組蛋白去甲基化酶基因家族進(jìn)行了系統(tǒng)鑒定和功能分析。該研究組首先建立了植物細(xì)胞內(nèi)組蛋白去甲基化酶活性檢測(cè)體系，通過(guò)該體系發(fā)現(xiàn)擬南芥REF6/JMJ12可以特異性地去除H3K27雙甲基化和*基化修飾。過(guò)表達(dá)REF6的植物與H3K27me3功能異常突變體具有相似的表型。



         遺傳學(xué)研究證明，clf  swn對(duì)ref6表現(xiàn)上位效應(yīng)，同時(shí)ref6可以部分回復(fù)clf的表型，表明REF6和H3K27me3甲基轉(zhuǎn)移酶起著相互拮抗的作用。通過(guò)H3K27me3抗體進(jìn)行染色質(zhì)免疫共沉淀結(jié)合大規(guī)模測(cè)序分析鑒定了數(shù)百個(gè)基因H3K27me3水平上升，這些基因多數(shù)是REF6的靶基因，參與植物發(fā)育以及對(duì)各種刺激響應(yīng)等多種生物學(xué)過(guò)程。轉(zhuǎn)錄組分析表明，這些基因上H3K27me3水平上升與其轉(zhuǎn)錄抑制呈正相關(guān)。 



         綜上所述，REF6是在植物中發(fā)現(xiàn)的H3K27me3去甲基化酶。REF6在動(dòng)物中的同源蛋白KDM4可以去甲基化H3K9me3，LHP1在動(dòng)物中的同源蛋白HP1在體內(nèi)結(jié)合H3K9me3。由于擬南芥中H3K9me3水平很低，因此REF6和LHP1可能在進(jìn)化中獲得了新的功能，參與到H3K27me3介導(dǎo)基因沉默的調(diào)控途徑中。



        這一研究工作*植物H3K27me3調(diào)控機(jī)制的一個(gè)重要空白，并表明該機(jī)制在高等動(dòng)植物中是保守的，為進(jìn)一步研究H3K27me3在植物生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)環(huán)境響應(yīng)過(guò)程中的作用奠定了基礎(chǔ)。



        該研究結(jié)果已于6月5日在Nature  Genetics在線發(fā)表。曹曉風(fēng)實(shí)驗(yàn)室博士研究生陸發(fā)隆和副研究員崔霞為該論文的共同*作者。



       該研究得到了科技部重大研究計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。