植物的生長發育過程涉及到特異基因的抑制和激活。在分子水平上，每一次發育轉型都伴隨有大量特定基因的選擇性抑制與激活，以適應特定發育時期的需要。Polycomb group (PcG)蛋白是一個在進化上保守的沉默基因表達的系統。PcG蛋白對包括植物在內的真核生物的生長發育至關重要。該系統的異常往往導致前一階段特異基因不能被正常抑制，引發嚴重的發育異常表型，無法完成整個生命周期。PcG蛋白在靶基因上建立抑制基因轉錄的組蛋白修飾達到沉默基因表達的目的，因此準確識別靶基因，對于PcG蛋白行使其功能至關重要。然而，PcG蛋白自身不具有識別DNA的結構域，因此PcG蛋白如何識別靶基因的機制依然不清楚。
在植物中，PcG蛋白同樣在植物的生長、發育、生物與非生物應答等多方面扮演至關重要的角色。由于植物不能移動，因此相比動物，植物更加依賴于通過及時快速調節基因的表達水平來完成它們對外界環境變化的響應。在植物中，對上述問題的深入研究不僅對于理解Polycomb沉默這一重要表觀遺傳機理有重要的科學意義，同時對理解植物基因轉錄如何應答內源發育信號和外界環境變化具有重要的理論價值。
近日，我校生命科學學院李陳龍課題組在植物多梳蛋白復合體2（PRC2）識別靶基因機制方面取得了重要的新進展。在這項工作中，研究團隊通過表觀基因組的系統研究，發現轉錄抑制因子VIVIPAROUS1 (VAL1) 和 VAL2能在全基因組范圍內招募PRC2復合體到其靶基因上。先前的研究發現VAL1/2參與PRC2抑制基因表達，但是其具體機制并不是十分清楚。在這項研究中，研究團隊發現val1 val2的雙突變體表現出與PRC2突變體swn clf類似的表型以及轉錄組。進一步研究發現，VAL1/2能夠直接與PRC2復合體催化亞基SWN/CLF互作（圖1）。全基因組范圍內ChIP-seq靶基因分析表明VAL1/2結合到大量的PRC2復合體的靶基因上（圖1）。突變VAL1/2導致PRC2復合體與靶基因的結合能力大大下降，并且導致全基因組范圍內的H3K27me3修飾的重排。最后，研究團隊發現由VAL1/2介導的PRC2復合體招募機制獨立于先前報道的其它招募機制。綜上，這項工作發現轉錄抑制因子VAL1和VAL2能直接招募植物PRC2復合體識別靶基因，對理解植物PRC2復合體調節植物基因表達的機理具有重要理論意義。
圖1：VAL1/2直接與PRC2復合體催化亞基SWN/CLF互作, 且結合到大量的PRC2復合體的靶基因上。
圖2：VAL1/2招募PRC2復合體的工作模型。VAL1/2能直接與PRC2復合體催化亞基SWN和CLF互作，并招募它們到靶基因上進行H3K27me3催化，抑制靶基因的轉錄。
研究成果“The transcriptional repressors VAL1 and VAL2 recruit PRC2 for genome-wide Polycomb silencing in Arabidopsis”于2020年12月4日在國際著名刊物Nucleic Acids Research上在線發表。我校生命科學學院李陳龍教授為該論文唯一通訊作者，課題組博士后袁良兵為第一作者。該研究得到了國家自然科學基金面上項目，廣東省自然科學基金及中央高校科研業務費的支持。
