近日，農(nóng)學(xué)院赫圣博教授在The Plant Cell在線發(fā)表了題為“Linker histone H1 drives heterochromatin condensation via phase separation in Arabidopsis”的研究論文。文章報道了組蛋白H1通過相分離機制驅(qū)動植物異染色質(zhì)濃縮。

高等植物的染色質(zhì)可大體上分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。體細胞的常染色質(zhì)富含基因，松散分布于細胞核內(nèi)，為轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)；而異染色質(zhì)富含轉(zhuǎn)座子，發(fā)生高度濃縮，為轉(zhuǎn)錄非活躍區(qū)，分布于細胞核的邊緣。作者前期的工作揭示了精子常染色質(zhì)濃縮的相分離機制（2022 Nature），而異染色質(zhì)如何發(fā)生濃縮仍然未知。

轉(zhuǎn)座子通常處于非活性狀態(tài)，其一旦激活發(fā)生跳躍，將破壞基因組穩(wěn)定性。異染色質(zhì)富含轉(zhuǎn)座子，發(fā)生高度濃縮，在顯微鏡下呈現(xiàn)出清晰可見的濃縮結(jié)構(gòu)，命名為異染色質(zhì)濃縮斑(heterochromatin foci, HF)。植物利用多種表觀遺傳機制濃縮異染色質(zhì)，抑制轉(zhuǎn)座子激活。這些表觀機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾H3K9me2、異染色質(zhì)濃縮因子（如ADCP1, MORC, H2A.W, H1）等。作者前期的研究顯示組蛋白H1對異染色質(zhì)濃縮至關(guān)重要（2019 eLife），然而，H1如何濃縮異染色質(zhì)以及這種濃縮作用對H1的調(diào)控功能是否重要仍需研究。

作者利用Hi-C、體外相分離、遺傳學(xué)、MNase-seq、Bisulfite-seq等手段顯示了H1突變對染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的影響，并證明了H1與染色質(zhì)發(fā)生gel-like相分離，從而濃縮異染色質(zhì)。H1的C端IDR對H1相分離至關(guān)重要，是H1相分離的主要驅(qū)動力。有意思的是，一個截短體僅包含C-IDR和一小段globular domain即可發(fā)生相分離，其表型表現(xiàn)為部分回補突變體在核小體組織和DNA甲基化，說明C-IDR介導(dǎo)的相分離和染色質(zhì)濃縮對H1的染色質(zhì)調(diào)控功能至關(guān)重要。作者進一步探索了細菌的H1-like protein (缺乏globular domain)是否能夠發(fā)生相分離，結(jié)果的確顯示了細菌的H1-like protein可以發(fā)生相分離濃縮染色質(zhì)。這些結(jié)果表明H1和H1-like protein相分離是一種古老的染色質(zhì)濃縮機制。

作者的研究顯示了H1的C端無序區(qū)介導(dǎo)H1相分離，驅(qū)動異染色質(zhì)濃縮，這對核小體分布方式和DNA甲基化具有重要的調(diào)控作用。結(jié)果也表明H1和H1-like蛋白的相分離也許代表了染色質(zhì)/DNA濃縮的一種古老的機制。

農(nóng)學(xué)院赫圣博教授為論文第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室為論文第一單位。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(ISTA)于義溟博士和清華大學(xué)/中科院生物物理所王亮博士（現(xiàn)為華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院PI）為共同第一作者，ISTA馮小琦研究員為論文的通訊作者。

相關(guān)論文信息：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koae034/7600412?login=true

文圖/農(nóng)學(xué)院