《Nature》子刊重量級文章：調控基因表達新機制

植物擁有一個相對固定的百萬鹼基級別基因組。從萌芽到營養生長、從開花到休眠，植物經歷著不同的生命階段。在特定變化時期，某些基因必須打開，其他基因則會關閉。

文章通訊作者、賓大文理學院生物系教授Doris Wagner說：「植物為了適應周邊環境，其基因組中不被需要的信息或錯誤信息需要及時並準確的關閉，並它所掌握的信息有效地傳遞給後代。有了這些短序列，我們可以在不添加任何外源遺傳物質或改變任何錶觀遺傳特徵的前提下，操縱植物基因表達。」

多梳抑制

本文主要聚焦一種被稱為多梳抑制（polycomb repression）的基因調節形式。人們在果蠅體內首先發現了多梳蛋白複合物，接著證明其能緊緻壓縮DNA，扮演導致基因沉默的表觀遺傳修飾。後來，其他植物和動物體內都發現了多梳蛋白複合物。在所有物種中，它們對細胞身份決策起重要作用，例如，讓植物細胞記住它是花細胞還是葉細胞。

一些研究曾在果蠅多梳蛋白打靶過程中檢測到了一種名為多梳蛋白反應元件（polycomb response elements，PREs）的DNA短字元。但這些PREs是否具有廣泛的基因沉默作用？

Wagner的團隊檢查了PRC2多梳蛋白複合體。使用來自她自己實驗室和其他實驗室的大型數據集，他們在擬南芥中找到了170個有可能是PREs的DNA短片段。

在測試了其中5個候選者後，研究人員證實這些PREs的作用和在果蠅中檢測到的一樣——招募多梳蛋白複合體到植物基因組的指定部位。

隨後，研究人員鑒定了55個轉錄因子（特異性結合DNA序列的蛋白質，指導DNA轉化為RNA）與PREs存在強烈的結合作用，最終證實其中30個與PRC2也存在物理相互作用。《Nature Methods》：蛋白質相互作用高通量篩選新系統

「發現基因組中特定區域，把多梳蛋白帶到這些區域，它們就是基因沉默的指引者，」Wagner說。

順式作用因子

為了解DNA序列中的哪些元件可以讓多梳蛋白複合物準確打靶，研究人員測定了170個PREs候選者的順式作用元件（cis motifs），它們是轉錄因子在掃描基因組時識別目標基因的一種短DNA序列結構。

研究人員發現有2個順式元件與之前找到的55個轉錄因子中的2個匹配。把這兩個順式元件放入植物細胞基因組中，發現足夠勝任多梳蛋白的招募工作。

「我們把順式作用元件和反式作用因子匯聚起來，來展示多梳蛋白如何鎖定特定PREs，廣泛地調節基因表達，」Wagner說。「這是果蠅之外，首個被發現也存在多梳蛋白DNA路標的物種。未來，我們準備用這些元件操縱植物的表觀遺傳性狀，如產量和耐乾旱等特性，而不是直接編碼基因序列。」

基因表達操縱的「聖杯」

「尋找哺乳動物細胞介導多梳抑制系統的特定DNA序列是科學界的一尊『聖杯』，」來自課題組外、賓州再生醫學研究所主任Kenneth Zaret評價。「Wagner用嚴謹的方法揭示了一種基因活動的抑制機制，在植物世界這無疑是個開天驚雷。」

植物中已經找到了，動物中的還會遠嗎？

原文標題

Cis and trans determinants of epigenetic silencing by Polycomb repressive complex 2 in Arabidopsis

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！