杨红春课题组揭示水稻发育调控新机制

　　

　　(通讯员杨雪)近日，生命科学学院、杂交水稻全国重点实验室杨红春教授课题组在国际权威期刊The Plant Cell发表了题为“The H1/H5 domain contributes to transcription factor OsTRBF2 phase separation and gene repression during rice development(H1/H5结构域在水稻转录因子OsTRBF2相分离和抑制基因表达中发挥关键作用)”的研究论文，揭示了在水稻发育过程中，转录抑制因子OsTRBF2的蛋白功能结构域H1/H5促进其相分离、染色质靶向和基因抑制。

　　转录调控是真核生物发育过程中不可或缺的基因表达调控机制。转录因子通过调控基因表达，控制植物发育。液-液相分离（liquid-liquid phase separation）在细胞内形成无膜的细胞器，参与细胞内众多活动并调控许多发育过程。越来越多的研究表明，转录因子的相分离在基因调控中起着至关重要的作用。然而，对于哪些转录因子具有相分离能力以及相分离如何影响它们在植物发育中的作用，仍然鲜有报导。

　　该研究发现，在水稻中TRBF2基因敲除突变体表现出多效性发育缺陷。通过双荧光素酶实验发现TRBF2是一个转录抑制因子。RNA-seq和ChIP-seq分析发现TRBF2结合到数千个基因的转录起始位点，抑制一些关键发育基因的表达。进一步研究发现，TRBF2蛋白在体内和体外都可以形成相分离凝聚体，该过程依赖TRBF2的一个蛋白功能结构域H1/H5。H1/H5结构域缺失后，TRBF2不能形成相分离凝聚体，同时也丧失回补TRBF2基因敲除突变体发育缺陷、基因表达和染色质靶向的能力。利用拟南芥AtSERRATE蛋白的IDR结构域替换H1/H5结构域，可以恢复TRBF2的相分离能力，同时部分回补TRBF2基因敲除突变体发育缺陷、基因表达和染色质靶向的能力。TRBF2与水稻PRC2核心组分相互作用，招募PRC2进入凝聚体中，结合到靶标基因染色质上，共同维持靶标基因的H3K27me3修饰水平，促进Polycomb沉默，调节水稻的生长发育。该研究阐明了在水稻中转录因子通过相分离调控水稻发育的分子机理，为进一步研究转录因子在植物生长发育中的作用提供了新的思路。

　　杨红春课题组近期已在PRC2及其相互作用蛋白调控植物发育研究中取得了一系列的成果，发现PRC2和复制蛋白RPA2A形成蛋白复合体，协同维持开花素基因FT、花器官发育基因AG的抑制状态（Zhang et al., New Phytologist 2022）；PRC2和组蛋白H3K4去甲基化酶JMJ703和JMJ704相互作用，协同抑制水稻开花抑制因子OsLFL1的表达，促进开花（Xuan et al., Plant Physiology 2024）。这些研究进一步揭示了PRC2调控不同发育过程的作用机制。博士研究生宣花为该论文的第一作者，杨红春教授为该论文的通讯作者，第一作者和通讯作者单位均为武汉大学生命科学学院和杂交水稻全国重点实验室。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助，

论文链接：H1/H5 domain contributes to OsTRBF2 phase separation and gene repression during rice development | The Plant Cell | Oxford Academic (oup.com)