PNAS | 河北师范大学崔素娟/赵红桃团队揭示SWI/SNF染色质重塑复合体在根干细胞组织中心调控中的作用机制

植物惊人的再生能力和漫长的生命周期依赖于其干细胞的活性，与动物一样，这些干细胞位于干细胞龛（SCN）。干细胞龛中，存在一类通常处于静息状态的长期干细胞，用于维持和补充邻近受损的短期干细胞，并有助于维持基因组稳定性，这类干细胞被称为组织中心（OC），在根部称为静止中心（QC）。QC通常处于细胞周期停滞状态（G0期），但在特定条件下可重新进入分裂周期，表现出“静止而具有分裂潜能”的特征。这种动态平衡的调控机制是干细胞生物学中的核心科学问题之一。QC的维持依赖于多个核心转录因子的协同作用，包括PLT1、PLT2、SCR和WOX5等。这些因子在QC区域共表达，协同维持其干细胞特性并抑制异常分裂。已有研究表明，上述转录因子均具备转录自调控能力。自调控机制在动植物干细胞系统中广泛存在，如动物干细胞多能性转录因子OSKM（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）亦表现出类似特性。然而，这些转录因子如何实现自调控，以及是否存在一个共同的调控机制，目前尚不清楚。

近日，河北师范大学崔素娟/赵红桃团队在PNAS发表了题为The LFR-SWI/SNF complex: a chromatin wrench safeguarding cellular quiescence in Arabidopsis root stem cell organizer的研究论文，首次揭示了LFR-SWI/SNF染色质重塑复合体通过协助核心转录因子的自调控，维持根尖静止中心的静止状态与分裂潜能并存的分子机制。

图1. LFR可能与PLTs、WOX5和SCR在同一通路参与转录因子的自调控

研究团队以植物SWI/SNF复合体组分LFR的突变体和回补株系为材料，通过基因表达分析与表型鉴定，证实LFR调控PLT1、PLT2、SCR和WOX5的表达，并与这些转录因子的自调控处于同一通路。蛋白相互作用实验和染色质结合实验表明，LFR与上述转录因子存在直接互作，且可结合其染色质区域；反之，这些转录因子也可结合LFR位点，形成相互依赖的调控网络。进一步研究发现，四个核心转录因子可自我促进或抑制自身表达，而在LFR突变体中，该自调控现象消失，表明其转录自调控依赖于LFR。LFR通过改变转录起始位点（TSS）附近核小体的分布与占位率，协助实现转录因子的自调控。遗传学分析证实，LFR与PLT1、PLT2、SCR和WOX5在同一通路中协同调控QC的静止状态。

图2. PLTs、WOX5和SCR的自调控依赖于LFR

研究揭示，LFR-SWI/SNF复合体通过重塑染色质，像在染色质上发挥双重作用的“扳手”一样：一方面，通过松弛染色质结构，促进PLT1、PLT2与SCR的自我激活，增强其表达并抑制QC分裂；另一方面，通过压缩染色质构象，协助WOX5的自我抑制。此外，LFR还可通过激活周期蛋白CYCD3;3的表达，为QC提供在特定条件下重新进入细胞周期的潜能。该机制实现了QC在“静止中保留分裂潜能”的动态平衡。

图3. 作用机制

综上，该研究首次系统阐明了SWI/SNF复合体在植物干细胞核心转录因子自调控中的关键作用，揭示了其通过染色质重塑实现双向调控的机制，为理解动植物干细胞维持的保守机制提供了新的视角。

河北师范大学博士毕业生王淑阁为文章的第一作者，河北师范大学生命科学学院赵红桃教授为文章的通讯作者。河北师范大学崔素娟教授、汤文强教授、刘西岗教授、张昊副教授、李晓云助理研究员、已毕业硕士生李佳雨，河北省农林科学院粮油作物研究所闫龙研究员、史晓蕾研究员、陈强副研究员参与了该项研究。该研究没有直接立项经费，团队所获得的国家自然科学基金、河北省自然科学基金、中央引导地方科技发展资金、国家大豆产业技术体系、河北省现代农业产业技术体系建设专项等项目给予了部分经费资助。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2520692122