表面调节机制揭示了温度决定植物细胞发育命运的新机制

温度是调节植物生长发育的关键环境因素，可通过表观遗传装饰影响植物的萌发、生长、盛开和产量。H2A组蛋白组合.Z已被证实能够感知温度变化，并通过调节染色质结构和基因表达来影响植物形态的形成。多梳蛋白抑制复合物PRC1和PRC2作为重要的表观遗传调节因素，通过催化组蛋白H2A/组蛋白组合H2A.Z单泛素化(H2)Aub/H2A.Zub)和组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)，时空特别沉默下游基因，从而调节植物细胞命运的决定和发育阶段的变化。在拟南芥种子萌发过程中，PRC1开始改善胚胎基因(如 ABI3、LEC1)抑制，而PRC2保持这种抑制，以确保顺利发芽。如果缺乏PRC1或PRC2功能，细胞胚胎就会再次干燥，形成愈合组织。

中国科学院遗传与发展生物学研究所肖军研究小组灵活运用转录组、表面组、生物化学和遗传学方法，通过调节PRC1-H2揭示温度A.Zub和PRC2-H3K27me3的动态变化决定了植物发育的命运。

研究表明，在正常温度(22℃)下，prc2突变发育为愈合组织，而在低温(16℃)环境下，突变体可形成相对正常的植物结构(如莲花叶、茎叶和花)。转录组分析表明，低温可部分抑制prc2突变体中胚胎关键基因的异位表达。进一步研究发现，如果PRC1或H2A被从prc2突变体中删除.Z，低温不会部分恢复植物的生长发育，关键基因(如ABI3)、LEC1)不再受到抑制。表面组分析显示，H2A在低温下这些基因位点上的H2A.Z聚集的特异性增加表明PRC1和H2A.Z协同调节低温下细胞命运的恢复。

此外，研究表明，PRC1催化H2AA.Zub开始抑制胚胎发育过程，而PRC2则通过H3K27me3保持这种抑制。ChIP-seq和ChIP-reChIP-根据QPCR数据，PRC1-H2A.Zub和PRC2-H3K27me3协调抑制胚胎发育的基因表达，促进种子萌发。进一步研究发现，通过与染色质重塑复合物INO80-C相互作用，转录因子TOE1可以去除关键基因核体中的H2A.Z;通过抑制TOE1的表达，低温削弱了这一过程，导致PRC1-H2A.Zub的关键细胞命运决定了基因的积累，从而抑制了基因的表达，改变了细胞的命运。本研究不仅揭示了环境温度调节植物发育命运的新的表观遗传机制，而且为提高作物再生效率提供了调节培养温度、改善愈合组织分化的新战略选择。

4月22日，相关研究成果以Dynamic为基础 control of H2A.Zub and H3K27me3 by ambient temperature during cell fate determination in Arabidopsis问题发表在《发育细胞》中(Developmental Cell)是的。研究工作得到了北京优秀青年科学基金、中国科学院青年团队计划和国家重点研发计划的支持。