研究揭示水稻DELLA蛋白抑制基因表达的表观调控新机制

华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室水稻团队周道绣教授和赵毓教授课题组在国际期刊EMBO Journal在线发表了题为“DELLA-mediated gene repression is maintained by chromatin modification in rice”的研究论文，揭示了水稻DELLA蛋白抑制基因表达的表观调控新机制。

该研究通过免疫沉淀偶联质谱(IP-MS)等技术发现水稻DELLA蛋白SLR1(Slender rice 1)与多梳抑制复合物PRC2和组蛋白去乙酰化酶HDA702等多个染色质修饰因子互作。研究进一步证实了SLR1与PRC2核心组分EMF2b (Embryonic Flower Gene)和 FIE2 (Fertilization-Independent Endosperm Gene)等在水稻细胞内形成蛋白复合体。水稻SLR1基因的突变导致细胞内组蛋白H3K27me3甲基化修饰水平显著下降。染色质免疫共沉淀技术(ChIP-seq)和转录组测定分析发现，受SLR1抑制的基因上的H3K27me3修饰偏高而H3K9乙酰化（H3K9ac）水平偏低，SLR1突变后导致这些基因上H3K27me3大量丢失，H3K9ac水平上升。研究发现，SLR1与去组蛋白乙酰化酶HDA702互作，而HDA702被证明具有去除H3K9ac的能力。通过染色质免疫共沉淀联合定量PCR技术(ChIP-qPCR)，进一步证实SLR1介导的基因抑制需要PRC2与HDA702共同参与。以上结果表明，DELLA作为赤霉素信号途径的核心负调控因子，在抑制基因表达时需要多梳蛋白PRC2和去乙酰酶HDA702协同参与。为了验证这两种组蛋白修饰因子是否参与水稻赤霉素信号响应，团队利用蛋白质免疫印迹实验和ChIP-qPCR检测了赤霉素处理后不同时间点的全基因组范围内和部分赤霉素响应基因上的H3K27me3和H3K9ac变化情况，发现在赤霉素诱导基因激活过程中，H3K9ac逐步上升而H3K27me3逐渐下降，且H3K9ac是在H3K27me3被移除之前建立的。进一步研究发现，PRC2与HDA702也存在较强的相互作用，说明DELLA-PRC2-HDA702可能形成三元复合物来响应水稻中的赤霉素信号途径。然而赤霉素处理并不影响PRC2和HDA702的蛋白稳定性，这些结果表明，在水稻体内赤霉素降解DELLA使得DELLA-PRC2-HDA702三元复合体被破坏，PRC2和HDA702分别从赤霉素响应基因上解离从而促进这些基因的快速表达。

图. 水稻DELLA蛋白抑制基因表达的表观调控机制

综上所述，本研究系统解析了DELLA抑制基因表达以及赤霉素快速激活基因转录的染色质修饰基础，揭示了水稻赤霉素信号传递中的表观调控新机制。

华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室周道绣教授和赵毓教授为该论文共同通讯作者，生命科学技术学院博士研究生李俊杰为第一作者。熊立仲教授对该研究提供了指导和帮助。博士后王文韬，博士研究生李琦、张昕冉、褚晨和朱波以及硕士研究生唐昕恬参与了该研究工作。Makoto Matsuoka教授、傅向东教授、李立家教授和张云辉老师提供了宝贵的实验材料。该研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。