中大新聞網訊（通訊員李陳龍）高等植物的一生經歷多個發育轉型過程，包括種子到幼苗的轉型，營養生長向生殖生長轉型等。其中種子到幼苗的轉型對植物的正常生長具有極為重要的作用。在種子到幼苗轉型過程中，所有在種子成熟階段特異發生的生命活動（稱為種子成熟程序）需要被嚴格關閉，否則幼苗將出現胚性特征，嚴重者會導致轉型失敗，不能完成整個生命周期，影響農作物產量。因此，研究種子到幼苗轉型過程具有重要的科學意義。
CHD3家族染色質重塑蛋白PICKLE(PKL)早在1997年就被報道，pkl突變體幼苗主根根尖出現胚性膨大結構（pickle root）（Joe et al.,1997）,表明PKL參與了種子到幼苗轉型過程中種子成熟程序的關閉，然而，其關閉種子成熟程序分子機制至今仍然不是很清楚。同時，與它在動物中的同源蛋白不同，PKL不形成類似動物中的NuRD復合體，且其也不含識別特異DNA序列的蛋白結構域，因此，PKL如何識別全基因組靶基因從而調控植物發育的分子機制也不清楚。
中山大學生命科學學院李陳龍課題組闡述了PKL如何參與關閉幼苗中種子成熟程序這一過程，并且揭示了PKL結合到基因組的分子機制。研究團隊首先采用ChIP-seq實驗在擬南芥體內鑒定到了一萬多個PKL直接靶基因，包括關鍵種子成熟基因AGL15,ABI3,FUS3,LEC1和LEC2，暗示PKL可能直接結合到這些種子成熟基因上發揮關閉種子成熟程序功能。為探究PKL蛋白是如何識別自身靶基因這一機制，團隊成員對基因組上PKL結合位點的DNA序列元件進行分析，發現RY元件（CATGCA）顯著富集在PKL結合位點上，而RY元件可以被B3轉錄因子VAL1/2特異識別結合并結合，而后者在幼苗中種子成熟程序的關閉過程也發揮了關鍵作用，暗示PKL可能與VAL1/2存在功能聯系。蛋白互作實驗表明PKL與VAL1/2在體內和體外均可以相互作用，遺傳證據發現PKL參與了VAL1/2介導的幼苗中關閉種子成熟程序的信號途徑，同時轉錄組數據表明pkl與val1 val1突變體中基因表達變化情況具有非常高的相關性。作者進一步對PKL與VAL1/2在基因組上的定位情況進行分析，結果發現PKL與VAL1/2在基因組上廣泛共定位，并且在基因上的分布也十分相近，靶基因重疊的數目比例高達百分之七十以上（圖1）。
圖1. PKL與VAL1/2在擬南芥基因組中廣泛共定位
那么VAL1/2是否可以招募PKL到靶位點上呢？通過ChIP-seq和ChIP-qPCR實驗發現，在val1 val2突變體中PKL在PKL-VAL1/2共同靶基因（包括關鍵種子成熟基因AGL15,ABI3）上的結合顯著降低，而在PKL特有的靶位點上PKL的結合則沒有減少，表明VAL1/2確實可以招募PKL到它們的共同靶基因位點上。最后，通過堿基編輯技術對ABI3基因3’UTR區域的RY元件進行突變，發現在RY突變之后ABI3基因表達水平提高，且VAL1和PKL在此位點上的結合水平出現了顯著下降，進一步證明了VAL1/2通過識別RY元件并與PKL相互作用，招募PKL結合到靶基因上去，發揮轉錄抑制的功能。
圖2. VAL1/2直接招募PKL到它們的共同靶基因
綜上，研究團隊不僅揭示了PKL如何參與到幼苗中種子成熟程序的關閉過程的分子機制，同時也豐富了以VAL1/2為核心的種子成熟程序關閉調控網絡，最后也詳細論證了PKL如何識別并結合到靶基因這一重要機制，填補了植物中CHD3染色質重塑蛋白識別結合靶基因機制的空白（圖3）。
圖3. VAL1/2與PKL互作抑制種子成熟程序工作模型
該研究論文“The transcriptional repressors VAL1 and VAL2 mediate genome-wide recruitment of the CHD3 chromatin remodeler PICKLE in Arabidopsis”于2022年7月22日發表在植物學著名期刊The Plant Cell上。
中山大學生命科學學院李陳龍教授為該論文的通訊作者，李陳龍課題組博士后梁振威為第一作者，中山大學李劍峰教授和廣東省農科院劉軍研究員也參與了該研究。感謝中科院植物所林榮呈研究員為本課題提供的相關抗體支持。該研究得到國家自然科學基金面上項目的資助。
