核小体装配和沉积途径的新方案

Although some of the developmental control is carried out by specific transcription factors, that triggers the expression of individual genes in specific tissues, establishment and dynamic regulation of a higher order chromatin structure is an essential component of plant development. Nucleosome assembly and depositing complexes such as CAF1, or HIRA1 are among the very early steps in determining chromatin architecture by establishing nucleosome positioning or substituting canonical histones with histone variants. Histone variants and post-translational modification of histone tails also regulate the expression of many key developmental genes in plants. These mechanisms are highly conserved across the eukaryotic kingdoms although in plants, owing to the maintenance of de-differentiated cell states that allow for post-embryonic changes in development, strict control of chromatin architecture is even more paramount. Therefore, a proper analysis and in-depth knowledge of the pathways that accomplish general chromatin structure and architecture is of crucial importance.

转录因子可以启动靶基因在特定组织中的表达，从而控制一些发育过程，然而,高度有序的染色质结构的确立和动态调控更是植物发育的重要组成部分。核小体装配和沉积复合体，例如CAF1和HIRA1，它们通过确立核小体的位置或用组蛋白变体取代典型的组蛋白在决定染色体结构的早期进程中就起到重要的作用。组蛋白变体和组蛋白翻译后修饰也参与调控很多重要的植物发育基因的表达。这些机制在植物以及其它真核生物中都是高度保守的。染色质结构的严谨控制是极为重要的，因为生物体要维持去分化的细胞状态才能保证胚后发育的进行。因此，对植物染色质结构和构造及其相关途径进行合理的分析和深入的研究是至关重要的。

组蛋白伴侣蛋白和染色质重塑因子控制核小体的动态调控过程。这一过程对于转录、复制和DNA损伤修复都是至关重要的。在酵母和动物细胞中，组蛋白伴侣蛋白ASF1（Anti-Silencing Factor 1）对于促进复制依赖的由CAF-1复合体介导的组蛋白H3.1的沉积，以及复制不依赖的由HIRA复合体介导的H3.3的沉积过程中都起着重要的作用。植物中ASF1的功能是否在进化上是保守的仍未可知。在本项目的研究过程中，我们发现拟南芥细胞中ASF1蛋白可以结合HIRA复合体，而并不结合CAF-1复合体。我们的研究结果显示拟南芥ASF1基因缺失突变以后会导致染色质密度下降，并且在原本富集H3.3的位点显示出H3.1的累积。遗传学、转录组和蛋白质组学分析的数据均显示ASF1蛋白更倾向于与HIRA复合体共同起作用，而与CAF-1复合体并没有明显的关联。另外，ASF1基因（ASF1A/B）缺失突变后会影响PolⅡ的分布和基因表达，基因体CG DNA甲基化的维持以及H3.3相关的表观标记。我们的研究揭示了在拟南芥细胞中，ASF1介导的通过HIRA复合体途径进行组蛋白H3.3-H4的沉积对于维持适当的表观遗传调控有着重要意义。