The Plant Cell | 你的染色体动了吗？中山大学李陈龙教授团队发现染色质重塑因子PKL调控种子发育的分子机制

从种子到植株再到种子的过程涉及到大规模的转录重编程以及发育转变，种子在成熟与萌发过程中很多转录因子可能是相反的调控的模式，比如促进种子脱水和成熟的转录因子在种子萌发时一般会被抑制，染色质重塑因子PKL就是这样的“两面派”。PKL是一类CHD3(Chromodomain Helicase DNA-binding domain 3 )染色质重塑因子，在全基因组上均存在靶位点，但PKL与哪个靶位点结合来行使激活或抑制功能并不清楚。

2022年7月22日，The Plant Cell在线发表了中山大学生命科学院李陈龙教授团队题为“The transcriptional repressors VAL1 and VAL2 mediate genome-wide recruitment of the CHD3 chromatin remodeler PICKLE in Arabidopsis”的研究论文，发现转录抑制因子VAL1和VAL2介导染色质重塑蛋白PKL调控种子基因表达与发育

作者为了找到PKL在全基因组上的靶位点，通过CHIP-seq发现，约61%的PKL优先结合的区域是启动子区域，且PKL富集区大多数位于转录起始位点（TSS）附近，表明PKL在体内大概率是通过转录调控行使功能的。进一步分析发现，PKL在种子成熟与发育以及胁迫中均发挥作用。通过分析PKL结合位点发现，这些结合位点显著富集了RY顺式调控元件（CATGCA），而这些位点被植物特有的B3 DNA结构域识别并结合（图1），其中包括与种子发育相关的转录因子VAL1和VAL2，表明VAL1与VAL2识别RY motif可能与PKL结合有关。

随后作者通过酵母双杂与Bifc实验验证了VAL1和VAL2与PKL存在互作，为了研究VAL1和VAL2是如何通过PKL调控种子向幼苗的转换，作者构建了一系列突变体发现，val2/pkl双突变体与pkl单突表型类似，而val1/pkl则表现出更严重的发育缺陷，仿佛还是一个没有发育完全的胚胎，三突变体则在萌发后停止发育，更像val双突突变体（图2），表明val是pkl的上位基因，PKL可以通过VAL途径调节种子发育为幼苗的过程。

为了阐明PKL与VAL1/2的调控机制，作者对突变体材料进行转录组测序，发现三突突变体比pkl单突的转录变化更明显，三突突变体与val1/2双突材料的转录组变化表现出很强的正相关，将pkl引入val1/2中没有引起重大的转录变化，从表型与转录组数据上看，pkl与val1/2功能可能存在冗余，甚至调控一组共有的靶位点，且与发育阶段无关。通过比较PKL与VAL1/2芯片数据发现，他们的靶位点高度重叠，表明PKL可以与VAL1/2互作并共同结合到拟南芥基因组的靶位点上调控基因表达,VAL1/2会促进PKL有效的结合到靶位点。

已有研究表明VAL1可以直接结合到AGL15启动子的RY元件上使其在幼苗发育阶段处于抑制状态，那么PKL是否与VAL1一样可以调控AGL15呢？遗传分析显示PKL与VAL1/2在同一条途径上抑制AGL15，CHIP-seq与CHIP-qPCR结果也证明了PKL与VAL1一样可以结合AGL15的启动子,但是VAL1/2识别的RY基序对于PKL介导的AGL15转录抑制是必须的，一旦RY基序突变，AGL15的表达水平显著上调。除了AGL15之外，另一个种子发育的调控基因ABI3(ABSCISIC ACID INSENSITIVE3)也以类似的方式被抑制转录(3)。进一步研究发现，VAL1/2直接与ABI3  3’-UTR结合并招募PKL，有助于抑制种子成熟的转录（图3）。

ACKNOWLEDGMENTS

感谢拟南芥生物资源中心提供的突变体种子。本研究得到了国家自然科学基金(32070212-31870289)、广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515011286)、中央高校基础研究基金(18lgzd12)和莱茵基金的资助(20lgpy121)，广东省农作物种质资源保存与利用重点实验室(2020B121201008)。

文章链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac217/6648467

转自：植物科学SCI

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