清华课题组提醒一类独立于转录激活与转录缄默沉静的全新染色质状况

liukang20241周前 (04-21)998吃瓜650

真核生物基因组中的转录状况首要包含转录激活和缄默沉静。转录缄默沉静一般与基因组中的异染色质结构域相关，该区域往往富集了高水平的DNA甲基化和按捺性组蛋白润饰，并显示出高度紧凑的染色质状况，终究导致RNA聚合酶无法进入，完成转录按捺。相反，转录激活首要发生在更敞开、松懈的常染色质区域，这种染色质环境便于结合RNA聚合酶II，并与转录活泼型组蛋白润饰（例如H3K36甲基化润饰等）高度相关。

3月31日，清华大学生命学院孙前文实验室在《天然·植物》（Nature Plants）宣布了题为“H3K36甲基化符号的转录阻抗状况参加保持植物发育（H3K36 methylation stamps transcription resistive to preserve development in plants）”的研讨论文，该研讨发现一种全新概念的染色质状况——“转录阻抗”（Transcription Resistive）。与学界遍及认知的转录激活及转录缄默沉静现象不同，转录阻抗位点具有与转录激活区域相似的染色质环境，包含富集了RNA聚合酶II（Pol II），组蛋白润饰H3K36me3和高度敞开、松懈的染色质状况，但其转录水平与转录缄默沉静位点一起——简直检测不到重生转录本（nascent transcripts），归纳呈现出一种“反抗转录”的特征。

该研讨起始于剖析拟南芥中不同H3K36甲基转移酶催化H3K36甲基化的差异。研讨人员对不同的甲基转移酶突变体进行了H3K36me3的ChIP-seq剖析，并意外发现与野生型Col-0比较，突变体sdg8中编码基因上的H3K36me3水平明显添加（图1a）。随后依据突变体sdg8中H3K36me3水平的改变形式，研讨人员对编码基因进行了分类（分为C1-C4共四类，图1b和c），其间SDG8基因突变会导致C3类其他基因位点（约占总基因数的40%）表现出明显升高的H3K36me3水平，标明甲基转移酶SDG8存在按捺H3K36me3堆集的功用（图1b）。

图1.SDG8基因突变导致C3类基因位点H3K36me3水平升高

为了探求sdg8突变体中H3K36me3水平升高基因（C3基因）的转录状况，研讨人员进行了重生转录本测序（NET-seq）。结果标明，不管在野生型仍是sdg8突变体中，C3基因位点处简直检测不到转录活性（图2b-d），这一结果与现有的H3K36me3增强转录延伸观念相悖。已知转录激活（Transcription Active，TA）区域为具有Pol II结合以及敞开染色质状况（高信号的ATAC-seq）且转录水平较高的区域（图2a-d，图3）。与之相对应，研讨人员将有Pol II结合（Pol IIChIP-seq）和敞开染色质状况（ATAC-seq）但Pol II转录信号极低（Pol IISer2P NET-seq水平）的区域界说为“转录阻抗”（Transcription Resistive，TR）基因（图2a-d，图3）。

图2.H3K36me3符号拟南芥转录阻抗基因

依据这一界说，研讨人员在拟南芥基因组中判定到了4375个TA基因和12911个TR基因（图3）。TR和TA基因均与转录按捺性染色质符号（如H3K9me2、H3K27me1、H3K27me3等）呈负相关，但与转录活泼型染色质符号（如H3K4me3、H3K36me3等）呈正相关（图2a，图3）。风趣的是，TR基因相较于TA基因有更富集的H3K36me润饰，尤其是H3K36me3润饰（图2a）。据统计，TR基因占拟南芥基因组中编码基因总数的47.5%，表现出相似于TA基因的活泼染色质状况（图2a，图3），却只有极低水平的转录活性。研讨人员还发现拟南芥中很多的“必需基因（essential genes）”处于转录阻抗状况，而且这种转录阻抗状况在拟南芥已知的5种H3K36me3甲基转移酶协同效果中保持平衡。进一步对单子叶植物水稻和哺乳动物小鼠的培育细胞进行相似的染色质状况剖析发现，转录阻抗现象或许遍及存在于真核生物基因组中。

图3.染色质状况的四种首要分类及其代表性的组蛋白润饰符号

该研讨提出的“转录阻抗（Transcription Resistive）”概念突破了范畴内长久以来构成的关于染色质状况“非活泼即缄默沉静”的二元认知范式，判定出具有一起表观遗传符号与功用特性的第三类转录状况。这种处于“活泼”和“缄默沉静”之间的中心态不只重构了染色质功用分区理论，更提醒了基因表达调控网络的层级性，对染色质润饰的功用和基因组转录的状况进行了从头界说，敞开了全新研讨范畴的前奏。

清华大学生命学院2017级博士生姚尧（已结业）和博士后周劲聪（已出站，现为广州大学生命学院副教授）为论文一起榜首作者，生命学院副教授孙前文为论文通讯作者。孙前文实验室成员、2023级博士生王嘉诚、2021级博士生雷雪和2020级博士生江安洁参加了研讨中部分数据的搜集与剖析。英国约翰·英纳斯中心（John Innes Centre）研讨所教授卡罗琳·迪恩（Caroline Dean）和清华大学生命学院教授颉伟为研讨供给了宝贵意见和主张。研讨得到国家天然科学基金和清华-北大生命科学联合中心的赞助。

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