Developmental Cell | 中科院遗传与发育生物学研究所姜丹华团队揭示植物组蛋白的“防误触”机制

在真核生物中，DNA缠绕在组蛋白周围形成染色质，而组蛋白变体的替换则像“换装”一样精细调控着染色质的功能状态。H3.1和H3.3是H3家族的两个主要成员，虽然它们序列差异极小，却有着截然不同的功能定位：H3.3偏好富集在活跃转录的基因区域。有趣的是，动物和植物虽然都保留了H3.3这一功能，却在进化中选择了不同的氨基酸策略——动物H3.3的第31位是丝氨酸(S)，植物却是苏氨酸(T)。这一差异背后究竟隐藏着怎样的生物学奥秘？

近日，新加坡淡马锡生命科学实验室的/中科院遗传与发育生物学研究所姜丹华团队在《Developmental Cell》期刊发表了题为《A plant histone H3.3-specific amino acid safeguards the deposition of H3K36 methylation for proper development and stress responses》的研究论文。这项研究揭示了植物H3.3特有的苏氨酸31(T31)如何通过抑制植物特有的ATXR5/6甲基转移酶活性，确保H3K36三甲基化修饰的正确添加，从而保障植物正常发育和逆境响应。

研究人员首先通过基因互补实验发现，将H3.3的T31突变为丙氨酸(T31A)或将其第36位赖氨酸突变为丙氨酸(K36A)，都无法完全挽救h3.3ko突变体的发育缺陷——这些植物出现早开花、果荚变短的表型。进一步分析表明，T31A和K36A突变体在全基因组水平上H3K36me3水平显著下降，且T31A突变体中还意外地检测到H3K27me1水平的升高。值得注意的是，这些突变并不影响H3.3在基因组上的定位模式，说明T31和K36的作用不是通过改变H3.3的“站位”来实现的。

既然T31不直接影响H3.3的定位，那它如何调控H3K36me3的沉积？研究人员将目光投向了植物特有的H3K27单甲基转移酶ATXR5/6。已知ATXR5/6能特异性识别H3.1的A31并添加H3K27me1，而对H3.3的T31“视而不见”。当H3.3的T31被突变为A或动物型的S后，ATXR5/6活性显著增强，在H3.3上过量沉积H3K27me1。而H3K27me1的存在会抑制H3K36甲基转移酶EFS与核小体的结合，从而阻碍H3K36me3的添加。质谱分析也证实，同一组蛋白上几乎不会同时存在K27me1和K36me3这两种修饰，暗示它们互不相容。

有趣的是，模拟磷酸化的T31E和T31Q突变并未影响H3.3功能，而侧链较小的T31S突变却导致发育缺陷，说明T31的作用主要依赖于其侧链大小而非磷酸化。研究还发现，与人类癌症相关的H3.3 G34R和G34W突变同样会损害植物发育，但它们的作用机制不同——这些突变直接抑制EFS活性，但不影响H3K27me1水平，且会引起更复杂的发育表型，如叶片锯齿化和早衰。

READING

BioPeers

欢迎关注本公众号，所有内容欢迎点赞，推荐❤️，评论，转发~

如有错误、遗漏、侵权或商务合作请私信小编~~

欢迎大家投稿课题组 研究进展 、招聘及招生宣传~

所有文章只为科普、科研服务，无商业目的~