Plant Physiol | 武汉大学杨红春课题组揭示水稻开花调控的新机制

水稻是全球最重要的粮食作物之一。开花是植物由营养生长向生殖生长转变的关键步骤，开花时间是一个重要的农艺性状，决定水稻的种植区域和产量。H3K4me3（组蛋白H3第4位赖氨酸的三甲基化）和H3K27me3等表观遗传修饰在开花调控中发挥了重要作用。然而，H3K4me3和H3K27me3这两种表观遗传修饰如何协同调控水稻的开花时间仍然鲜有报导。

近日，武汉大学杨红春教授课题组在Plant Physiology发表了题为“Physical coupling of H3K4me3 demethylases and Polycomb repressive complex 2 to accelerate flowering in rice”的研究论文，揭示了H3K4去甲基化酶JMJ703和JMJ704协同PRC2促进水稻开花的机制。

该研究通过酵母双杂交筛选和进一步的Co-IP实验证明，H3K4me3去甲基化酶家族蛋白JMJ703和JMJ704与水稻PRC2核心组分EMF2b相互作用 (图A)。JMJ703和JMJ704功能冗余，双突jmj703 jmj704中抑制开花的关键基因OsLFL1（LEAFY COTYLEDON 2 and FUSCA 3-LIKE 1）表达上调，植物表现出晚花的表型（图B和C）。生化研究表明在基因组层面，jmj703 jmj704中H3K4me3修饰水平上升、H3K27me3修饰水平下降（图D）。在基因层面，体外实验表明JMJ703和JMJ704都可以结合到OsLFL1的DNA上（图E和F），jmj703 jmj704中OsLFL1染色质上H3K4me3修饰水平上升、H3K27me3修饰水平下降（图F-H）。与jmj703 jmj704类似，PRC2的突变体emf2b中OsLFL1表达上调（图C），基因组水平和OsLFL1染色质上H3K4me3修饰水平上升、H3K27me3修饰水平下降（图D、E、I和J）。

综上，该研究揭示了JMJ703/JMJ704和PRC2形成一个基因抑制复合体，在水稻开花过程中降低OsLFL1上的H3K4me3并增加H3K27me3，从而抑制其表达（图K）。这一研究加深了我们对基因调控过程中H3K4me3向H3K27me3染色质状态转变的理解，为后续在全基因组水平和其他发育过程中探索二者的协同调控功能提供支持。

武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室博士研究生宣花、已毕业硕士研究生石楠为该论文的共同第一作者，杨红春教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae172