《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心段成國研究組與南方科技大學(xué)杜嘉木研究組合作完成的題為Molecular Basis of Locus-specific H3K9 Methylation Catalyzed by SUVH6 in Plants的研究論文。該研究揭示了植物中保守的SUVH6組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶家族催化位點(diǎn)特異H3K9甲基化的新機(jī)制。該機(jī)制中，SUVH6家族N端一個未被解析的肽段結(jié)構(gòu)可被染色質(zhì)調(diào)控因子ASI1的BAH結(jié)構(gòu)域特異識別。SUVH6-ASI1模塊控制大多數(shù)SUVH6靶點(diǎn)上H3K9me2的沉積，并根據(jù)靶位點(diǎn)的位置對基因表達(dá)產(chǎn)生不同的調(diào)控模式，包括轉(zhuǎn)錄沉默或轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。更重要的是，這種機(jī)制及其關(guān)鍵的氨基酸位點(diǎn)在植物中保守存在，表明SUVH6和ASI1之間存在共同進(jìn)化。

作為真核生物異染色質(zhì)的標(biāo)志物，組蛋白H3K9甲基化在常染色質(zhì)區(qū)域也起到調(diào)控作用。模式植物擬南芥中的H3K9me2主要由SUVH4（KYP）、SUVH5和SUVH6共同催化，且與DNA甲基化存在正反饋調(diào)節(jié)作用以增強(qiáng)該區(qū)域的異染色質(zhì)化。其中，SUHV4是主要的催化酶，SUVH5和SUVH6作為輔助酶存在一定的功能冗余。然而，除了DNA甲基化介導(dǎo)的SUVH招募機(jī)制，植物中是否有其他機(jī)制更精細(xì)地決定SUVH催化的位點(diǎn)特異性尚不清楚。

該研究組分別在擬南芥和水稻中通過免疫沉淀質(zhì)譜分析鑒定到SUVH6的一個互作蛋白ASI1。ASI1是段成國課題組發(fā)現(xiàn)的識別H3K9me2并控制RNA加工的AAE（Asi1-Aipp1-Edm2）復(fù)合體的一個關(guān)鍵組分（Duan et al., 2017；You et al., 2021；Zhang et al., 2021）。經(jīng)過蛋白截斷互作實驗將互作定位到SUVH6家族蛋白N端一段未報道的保守肽段，生化證據(jù)表明該肽段對于SUVH6和ASI1的互作是必須的。段成國研究組與杜嘉木課題組合作，解析了ASI1-BAH結(jié)構(gòu)域與SUVH-N端多肽的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了ASI1-BAH存在一個經(jīng)典的芳香籠可以通過cation-π相互作用特異性識別SUVH6 N端的精氨酸殘基，且該單個精氨酸殘基對ASI1-SUVH6互作具有決定性作用。染色質(zhì)免疫沉淀測序（ChIP-seq）分析表明，SUVH6結(jié)合的染色質(zhì)位點(diǎn)絕大部分被ASI1覆蓋，且ASI1與SUVH6在共同靶點(diǎn)上的定位依賴于這種互作，同時，點(diǎn)突回補(bǔ)材料也表明關(guān)鍵精氨酸的突變可直接影響SUVH6的染色質(zhì)定位。H3K9me2 ChIP-seq分析表明，ASI1-SUVH6互作模塊促進(jìn)了靶位點(diǎn)上H3K9me2的沉積，并以位置依賴的方式影響基因的表達(dá)：促進(jìn)轉(zhuǎn)錄沉默或轉(zhuǎn)錄后mRNA的全長轉(zhuǎn)錄本加工。ASI和SUVH6的N端多肽只存在于植物中，并在絕大部分植物中同時表達(dá)，暗示了其進(jìn)化上的一致性?？傊?，該研究發(fā)現(xiàn)了植物中保守存在的一種H3K9me2自我增強(qiáng)正反饋回路。該通路與DNA甲基化介導(dǎo)的SUVH組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶招募機(jī)制相互促進(jìn)，增強(qiáng)H3K9me2在特定染色質(zhì)位點(diǎn)的沉積。

研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、深圳市科技計劃項目和廣東省普通高校植物細(xì)胞工廠分子設(shè)計重點(diǎn)實驗室等的支持。

　　圖1.A、SUVH6家族N端保守肽段與ASI1家族BAH結(jié)構(gòu)示意圖；B-C、ASI1-BAH與SUVH-N肽段互作結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵氨基酸示意圖；D-F、ASI1與SUVH6在染色質(zhì)上的共定位及相互依賴；G、水稻中ASI1-SUVH6模塊控制的APA位點(diǎn)；H、植物種群SUVH家族共進(jìn)化示意圖。