我所杨学勇团队发现植物株型发育新机制

    在真核生物中，许多重要的发育相关的转录因子都发现能够结合到基因内部。然而，转录因子结合启动子或远端的增强子调控基因转录的机制已经比较清楚，结合到基因内部如何调控基因表达的分子机制却知之甚少。近日，来自中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳农业基因组所、中科院生物物理所、加州大学戴维斯分校等6家合作单位的研究团队，通过研究TCP家族的CYC/TB1类转录因子—黄瓜卷须身份基因TEN调控卷须发育和运动的分子机制，为基因内部结合的转录因子是如何调控基因表达这一基础的科学问题提供了重要解答。相关研究成果于2020年7月13日以Regulation of plant architecture by a new histone acetyltransferase targeting gene bodies为题发表在Nature Plants上。
    在设施生产上，黄瓜栽培需要吊蔓生长，不需要黄瓜卷须的攀缘能力，同时卷须的发育使得库容增大、竞争养分，需要及时地去除卷须，以促进黄瓜的健康生长、保证坐果。人工去除卷须费时费工，因此培育适合轻简化栽培的无卷须品种，是黄瓜株型改良的一个重要方向。该团队前期研究克隆了控制黄瓜卷须发育的身份基因TEN，并揭示了黄瓜卷须的同源器官是侧枝——这一曾经困扰达尔文的植物发育学谜团。
    TEN属于TCP家族中CYC/TB1类的转录因子，通过对TEN调控卷须的形态发育和运动能力的分子机制的研究，作者们揭示了TEN通过直接调控乙烯的合成来控制卷须的形态和攀援。该团队研究发现，TEN是一个新型的多功能转录因子，其C端负责结合到下游靶标的基因内增强子上，其N端结构域是一类全新的组蛋白乙酰转移酶，主要乙酰化修饰组蛋白H3的球体区域，维持染色质开放，从而激活靶标基因表达。TCP家族的CYC / TB1类转录因子在作物株型调控中起着核心作用，例如关键的驯化基因TB1通过抑制分蘖的形成，促使大刍草过渡到玉米。该团队通过分析TEN在玉米中的同源基因TB1，发现TB1通过相同的机制结合到关键靶标的基因内增强子激活基因表达；因此揭示了CYC/TB1类转录因子可能具有的保守的表达调控新机制。
进一步针对人类中增强子结合转录因子—HSF-1和ERα的全基因组结合数据进行分析，研究人员推测，在真核生物中，组蛋白球体区域乙酰化可能是基因内部增强子表达调控的一个保守机制。该研究成果为揭示转录因子结合到基因内部如何调控基因表达的科学问题提出了新的见解，也为深入认识株型发育的基因调控网络提供了重要的突破。
    该研究得到了国家自然科学重点基金、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等项目的资助。该论文第一作者为中国农科院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员、深圳农业基因组所闫健斌研究员和西北农林科技大学毕业博士生张震。通讯作者为中国农科院深圳农业基因组研究所黄三文研究员。
    原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-020-0715-2