Cell子刊：中科院学者揭示以前未知的以染色质修饰子为中心的调控途径

染色质是构成真核细胞细胞核遗传物质的DNA和蛋白质的复合体。染色质修饰剂是一种蛋白质或蛋白质复合体，可以化学修饰染色质的结构。染色质修饰剂在调节基因(DNA链片段)的表达以及其他染色质相关过程中起着至关重要的作用。这些修饰剂主要通过增加或减少组蛋白(染色质内的一种蛋白质)或DNA本身的化学基团来起作用。

在调控植物基因表达(如籽粒大小或抗旱性等)的科学研究中，了解染色质修饰因子的影响是一个重要的研究途径。

中国科学院植物研究所宋献军教授领导的研究小组在研究水稻细胞核中影响晶粒大小的三元蛋白复合物时，发现转录因子bzip23(一种调节遗传DNA信息转录为RNA的蛋白质，是三元复合物的一部分)将染色质修饰组蛋白乙酰转移酶HHC4招募到DNA上的特定启动子上。此外，他们发现HHC4和接头蛋白ADA2加性地增强了靶基因的bZIP23转激活。

研究人员还发现，HHC4会被gsk3样激酶TGW3磷酸化，从而对三元复合物的功能产生一系列负面影响。

这些发现发表在《发育细胞》杂志上，有助于更深入地了解颗粒大小的表观遗传调控。

宋教授之前的一项研究表明，谷粒重6a (GW6a)编码一种新发现的组蛋白乙酰转移酶(OsglHAT1)，该酶是籽粒大小和水稻产量的正调节因子。

该研究的第一作者SHEN Shaoyan博士说:“在这项研究开始时，我们在染色体2、3、4和7上发现了5个OsglHAT1的水稻同源物(因此被命名为HHCs)，并试图研究这些同源物是否也调节晶粒大小。”“有趣的是，HHC4调节颗粒大小，但采用与GW6a不同的细胞学机制。”

利用一系列分子生物学技术，包括染色质免疫沉淀-高通量测序(ChIP-seq)和免疫沉淀-质谱(IP-MS)， bZIP23被证明与HHC4直接相互作用。

bZIP23基因在水稻耐盐、抗旱和种子活力方面具有重要作用;然而，它是否能调节晶粒尺寸尚不清楚。研究人员随后发现，过表达bZIP23显著增加了水稻晶粒大小，bZIP23和HHC4共同靶向并协同激活了几种颗粒大小正调控因子的表达。

此外，研究人员发现HHC4、ADA2和bZIP23相互作用，形成的三元配合物有利于ADA2和HHC4加性增强bZIP23对靶基因的转激活。

同时，酵母双杂交(Y2H)筛选显示，gsk3样激酶蛋白TGW3也与HHC4相互作用。此外，研究人员发现HHC4直接被TGW3磷酸化。

突变分析表明，HHC4的两个丝氨酸残基(S189和S190)是TGW3磷酸化的主要位点。

与含有模拟磷酸化和未磷酸化的HHC4基因的转基因水稻成熟籽粒的比较表明，磷酸化参与了籽粒大小的控制。

随后的实验数据表明，磷酸化会对HHC4蛋白的稳定性、与bZIP23的相互作用以及bZIP23对靶基因的反激活等产生负面影响。

此外，研究人员发现，在田间试验中，HHC4过表达和TGW3敲除均可显著提高水稻产量，最高可达24%。

总的来说，这些发现揭示了一个以前未知的以染色质修饰子为中心的水稻晶粒大小调控途径，并为高产作物育种计划提供了有用的遗传资源。