生物技术前沿一周纵览（2018年8月10日）
生物技术前沿一周纵览（2018年8月10日）
H3K27me3解密机制抑制基因表达调控植物生长发育
组蛋白赖氨酸的甲基化修饰在真核生物基因表达调控中的作用广泛，是一种重要的调控方式。研究人员通过蛋白互作分析找到了拟南芥EMF1蛋白的互做蛋白SHL和EBS。这两个同源蛋白含BAH和PHD两个结构域。生化实验表明，BAH结构域不仅介导与EMF1的互作，还能识别H3K27me3；进一步的分子遗传分析发现，SHL和EBS与EMF1形成H3K27me3的“reader-effector”复合体（SHL或EBS为reader，染色质凝缩蛋白EMF1为effector）。这一复合体解密基因组上的H3K27me3沉默标记、抑制靶基因表达。在shl ebs lhp1缺失三突变体中，拟南芥基因组上的H3K27me3不能被维持，幼苗的体细胞分化被逆转，形成愈伤组织；这一表型与H3K27三甲基化酶缺失突变体高度一致。同时在单子叶植物水稻中，SHL-EBS家族蛋白能识别H3K27me3并与EMF1的同源蛋白互作，形成类似的BAH-EMF1“reader-effector”复合体。（Nature Genetics）
EBS调控开花开关
研究人员发现EBS蛋白为二价组蛋白标记阅读器：BAH和PHD结构域分别识别H3K27me3和H3K4me3标记。体外实验发现EBS结合H3K27me3的亲和力要高于结合H3K4me3的亲和力，进一步的结构生物学研究发现EBS的BAH结构域通过识别肽段H3K27me3的甲基化赖氨酸和第30位的脯氨酸来实现序列选择的特异性。EBS可以通过C端一段含有脯氨酸的无规则结构，以自抑制的方式抑制PHD结构域结合H3K4me3。植物体内的实验表明EBS在染色质上能结合H3K4me3和H3K27me3，其在拟南芥基因组上的分布与H3K27甲基化酶CLF的分布相似。EBS抑制成花素基因表达，从而抑制开花，进一步分析发现EBS作为一个分子开关，能分别识别H3K4me3和H3K27me3标记以及精确转变其结合偏好性来确保适时开花。（Nature Genetics）
尼克酸可逆甲酯化参与NAD在植物组织间的长距离运输
NAD (尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸) 作为电子传递载体（辅酶）参与众多的氧化还原反应。近期，研究人员发现一种新的尼克酸修饰——甲酯化（MeNA），可高效互补NAD从头合成途径突变体（ao-1和qs-1），说明MeNA可以在植物不同组织间长距离运输并参与NAD生物合成。研究组进一步克隆了负责NA甲基化和MeNA去甲基化的基因，利用相关转基因材料，结合稳定同位素标记和化学分析表明，NAD通过NA可逆的甲酯化修饰完成在受胁迫组织和非胁迫组织间的重新分配，进而提高植物对不同胁迫环境的适应性。（Molecular Plant）
棉铃虫种群动态响应“倒春寒”天气过程研究中获进展
新疆是我国重要的棉花生产基地，棉铃虫是本地区棉花产业持续发展的主要障碍之一，也是全球粮棉蔬菜生产的重点防控害虫。研究人员以新疆南疆典型的棉花生产种植区为调查样点，对各地连续13年的春季日气温变化数据进行分析，分析了“倒春寒”天气的发生程度和春季平均最低气温的变化趋势，发现13年间各地“倒春寒”天气持续天数呈下降趋势，春季平均最低气温呈上升趋势，越冬代棉铃虫数量出现增加的趋势。对棉铃虫各代种群数量分别与“倒春寒”天气持续天数和发生程度的关系分析发现，各代棉铃虫种群数量与“倒春寒”天气的持续天数呈显著负相关，并且第一代棉铃虫种群数量受到影响后变异程度极为显著。同时利用DYMEX模型基于多年的田间温度、“倒春寒”发生特征和害虫资料进行模拟发现，“倒春寒”的发生时期对棉铃虫种群数量变化比较复杂，并且发现“倒春寒”天气在棉铃虫越冬代的蛹期或羽化期发生时，对后代种群数量具有截然相反的作用。（Journal of Pest Science ）
植物感知春化信号的表观修饰位点和记忆调控网络
冬性植物、二年生植物和多年生植物的开花需要长时间环境低温诱导，此过程称为春化作用。研究人员以已知春化关键基因VRN1为正对照，通过ChIP-Seq手段全面分析春化中两个重要组蛋白修饰H3K4me3和H3K27me3的动态调节，发现在以往表观研究中被忽略的VRN3基因的H3K4me3和H3K27me3呈现明显变化，且二者相辅相成，共同调控基因表达。进一步研究表明，VRN3在开花调控网络中是整合春化和光周期两种环境信号的节点，在表观水平也是重要调控点。这一结果表明多种不同调控信号汇集于此基因。（New Phytologist）
科学家建立基因组编辑高效调控内源基因蛋白质翻译新方法
基因组编辑是在基因组水平对基因进行精确、定向修饰的一种高效生物技术方法。研究组利用CRISPR/Cas9对uORF进行编辑，发现能够显著提高目标基因的翻译效率。通过CRISPR/Cas9编辑拟南芥和生菜中的4个基因的uORF翻译起始区及周边序列，获得了多个相应基因的uorf突变体。这些uorf突变体目标基因的pORF的mRNA翻译水平都有不同程度的提高。其中，通过突变维生素C合成途径中关键基因GGP（GDP-L-galactose phosphorylase）上游的uORF，可使生菜叶片中维生素C含量提高约150%。利用CRISPR/Cas9编辑uORF翻译起始区会出现两种结果：（1）完全破坏uORF的翻译起始能力导致uORF功能缺失；（2）改变uORF的翻译起始密码子（例如ATG突变为翻译起始能力较弱的GTG）及其周边序列，使uORF对pORF的抑制效率发生微调。该研究展示了通过基因组编辑uORF操纵mRNA翻译，调控蛋白质水平在植物分子生物学研究及遗传育种中的应用前景。（Nature Biotechnology）
科学家揭示组蛋白乙酰转移酶活性调节的新机制
核小体是真核生物染色质的基本结构单元，由约146bp的DNA缠绕在核心组蛋白八聚体而形成的。Rtt109和Asf1体外复合体的组装存在一定困难，如何排除Vps75的干扰需要很多尝试。研究人员经过十余年努力，巧妙地通过采用缺少Vps75结合部位的烟曲霉的Rtt109，与酵母Asf1和底物组蛋白H3-H4组装了很好的复合体，并解析该四元复合物与乙酰基供体CoA复合物的晶体结构。从结构中可以看到，H3K56所在的N端α-螺旋被打开，形成一段柔性的loop区，该loop区结合在Rtt109的活性口袋周围，从而使H3K56的侧链伸入活性口袋。尽管组蛋白伴侣Asf1对于H3K56修饰必不可少，但Asf1与Rtt109之间并没有直接的相互作用。Asf1通过其C端的一个β-strand与组蛋白H4的C端之间形成β-折叠片，稳定了H4末端的一个关键片段，使底物处于更利于催化的构象进而促进Rtt109的活性。这个结构特性被进一步的生化和遗传学实验确证是Rtt109发挥功能的必要条件；另外，Rtt109与组蛋白H3的核心螺旋结构的相互作用也是其活性所必需的。这项工作首次揭示了组蛋白修饰酶的多亚基、多底物识别位点的复杂调控机制，为理解该类乙酰化酶的底物识别和活性调控机制提供了重要基础，也为以Rtt109为靶点的抗真菌药物研究提供了线索和依据。（Cell）
