PcG介導(dǎo)的組蛋白H3第27位賴氨酸上三甲基化（H3K27me3）在基因沉默和發(fā)育調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用,。小鼠胚胎干細(xì)胞中超過10%的基因受該種修飾調(diào)控,，擬南芥中超過7,000個基因受該修飾調(diào)控。擬南芥中H3K27me3主要由CLF和SWN兩個甲基轉(zhuǎn)移酶催化,，并招募LHP1結(jié)合以有效抑制基因表達(dá)。在哺乳動物中H3K27me3修飾是可逆的,，但植物中并不存在哺乳動物中H3K27me3去甲基化酶KDM6的直系同源物,。此前有研究表明，擬南芥中H3K27me3甲基化也是可以被主動去除的,，因此揭示H3K27me3去甲基化的分子機制是植物表觀遺傳學(xué)研究中的一個重要科學(xué)問題,。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)研究組對植物組蛋白去甲基化酶基因家族進(jìn)行了系統(tǒng)鑒定和功能分析。該研究組首先建立了植物細(xì)胞內(nèi)組蛋白去甲基化酶活性檢測體系,，通過該體系發(fā)現(xiàn)擬南芥REF6/JMJ12可以特異性地去除H3K27雙甲基化和三甲基化修飾,。過表達(dá)REF6的植物與H3K27me3功能異常突變體具有相似的表型。
遺傳學(xué)研究證明,，clf swn對ref6表現(xiàn)上位效應(yīng),，同時ref6可以部分回復(fù)clf的表型，表明REF6和H3K27me3甲基轉(zhuǎn)移酶起著相互拮抗的作用,。通過H3K27me3抗體進(jìn)行染色質(zhì)免疫共沉淀結(jié)合大規(guī)模測序分析鑒定了數(shù)百個基因H3K27me3水平上升,，這些基因多數(shù)是REF6的靶基因，參與植物發(fā)育以及對各種刺激響應(yīng)等多種生物學(xué)過程,。轉(zhuǎn)錄組分析表明,，這些基因上H3K27me3水平上升與其轉(zhuǎn)錄抑制呈正相關(guān)。
綜上所述,，REF6是在植物中首次發(fā)現(xiàn)的H3K27me3去甲基化酶,。REF6在動物中的同源蛋白KDM4可以去甲基化H3K9me3，LHP1在動物中的同源蛋白HP1在體內(nèi)結(jié)合H3K9me3,。由于擬南芥中H3K9me3水平很低,，因此REF6和LHP1可能在進(jìn)化中獲得了新的功能，參與到H3K27me3介導(dǎo)基因沉默的調(diào)控途徑中,。
這一研究工作填補了植物H3K27me3調(diào)控機制的一個重要空白,，并表明該機制在高等動植物中是保守的，為進(jìn)一步研究H3K27me3在植物生長發(fā)育及對環(huán)境響應(yīng)過程中的作用奠定了基礎(chǔ),。
該研究結(jié)果已于6月5日在《自然—遺傳學(xué)》（Nature Genetics）在線發(fā)表,。曹曉風(fēng)實驗室博士研究生陸發(fā)隆和副研究員崔霞為該論文的共同第一作者,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature Genetics DOI:10.1038/ng.854
Arabidopsis REF6 is a histone H3 lysine 27 demethylase
Falong Lu; Xia Cui; Shuaibin Zhang; Thomas Jenuwein; Xiaofeng Cao
Polycomb group (PcG)-mediated histone H3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3) has a key role in gene repression and developmental regulation1, 2, 3, 4. There is evidence that H3K27me3 is actively removed in plants5, 6, 7, 8, but it is not known how this occurs. Here we show that RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 (REF6), also known as Jumonji domain–containing protein 12 (JMJ12), specifically demethylates H3K27me3 and H3K27me2, whereas its metazoan counterparts, the KDM4 proteins, are H3K9 and H3K36 demethylases9, 10. Plants overexpressing REF6 resembled mutants defective in H3K27me3-mediated gene silencing. Genetic interaction tests indicated that REF6 acts downstream of H3K27me3 methyltransferases. Mutations in REF6 caused ectopic and increased H3K27me3 level and decreased mRNA expression of hundreds of genes involved in regulating developmental patterning and responses to various stimuli. Our work shows that plants and metazoans use conserved mechanisms to regulate H3K27me3 dynamics but use distinct subfamilies of enzymes.
