为了激活沉默基因，植物竟然做了这些！多组学关联分析，深度解密植物光照刺激响应机制

植物的生长发育及其对外界环境的适应都离不开激素的调节，这种调节依赖特异的转录因子对下游基因进行表达调控，调控信号恰当地传递到负责转录的通用RNA聚合酶Ⅱ装置上，进而启动基因的特异表达。然而，绝大多数转录因子并不能直接与RNA聚合酶Ⅱ结合，两者之间还需要一个桥梁来共同形成转录预起始复合物，这种发挥桥梁作用的中介体作为研究真核生物基因转录调控的重要切入点，成为当下研究热点。

近日，北京大学现代农学院联合加州大学洛杉矶分校研究团队在 Nature Communications 杂志刊文，报道了一项重大突破，他们通过对拟南芥突变体进行筛选，鉴定了两个基因调控因子：MED12和MED13，发现它们是重要的中介体，二者与拟南芥morc1蛋白结合，能激活被DNA甲基化沉默的基因。进一步研究还发现，MED12是植物光响应所必需的调控因子。

MORC (microrchidia) 是高度保守的核蛋白超家族，已有研究表明，该家族中的morc1蛋白在拟南芥中能够去除细胞对DNA甲基化和转座子的阻遏，在不影响DNA或组蛋白的甲基化修饰结构的情况下，对沉默基因的表达发挥调控作用。但其转录调控机制到底是什么样的，一直不够明确，直到这项研究突破性地揭示了其中的奥秘。

研究人员采用基于全基因组重测序的极端混池测序（WGRS-based BSA）、ChIP-Seq、WGBS（全基因组甲基化测序）、RNA-Seq等多组学技术相结合的策略，探究了组蛋白修饰对基因表达的转录激活模式和功能。其中50-100个样品混池测序（pool-seq）完成BSA分析，4个来自拟南芥生物研究中心的突变植株样品和9个来自加州大学洛杉矶分校的样品完成RNA-Seq分析，9个样品完成ChIP-Seq分析，1个样品甲基化测序数据来源于SRA数据库。

以下是主要研究成果：

1. 通过BSA分析，发现激活沉默基因的重要中介体

研究人员通过对拟南芥突变体进行BSA分析，发现了MED12和MED13这两个特别的基因调控因子，它们能对拟南芥甲基化的SDC 基因发挥转录调控效应，使得沉默的基因被激活。

2. SDC 沉默基因的激活，不全依赖于MED12和MED13调控因子的介导

研究人员分析发现，在SDC 基因启动子突变（drm1/drm2/cmt3 (ddc) mutant）的背景下，SDC:GFP基因已经去甲基化，SDC:GFP 的表达不再依赖于MED12和MED13的调控激活。

3. 揭示了MED12/MED13介导的morc1对SDC 基因表达的调控作用

研究人员通过RNA-Seq分析发现，在特定材料中引入med12 和med13 突变体，原本由MED12/MED13介导上调的103个基因和转座子当中有52个下调表达。研究人员由此推断，MED12和MED13都是激活morc1介导的相关基因表达的重要调控因子。

4. MED12/MED13调控的基因有独特的染色质特征

研究人员通过WGBS和RNA-Seq关联的方法，分析了MED12/MED13的序列甲基化特征，掌握了组蛋白修饰的5个甲基化位点（H3K4me3、H3K9me2、H3K27me3、H3K36me3和H3PanAc）及H3组蛋白附近的基因组序列的整体基因差异表达情况。之后采用ChIP-Seq和RNA-Seq关联分析的方法，探测组蛋白修饰特定基因的染色质开放程度以及基因的表达情况，发现MED12/MED13相关基因突变的个体，介导下调的基因发生了去甲基化，与之前研究结论一致。

最终，研究人员通过对不同光照处理的样本进行基因差异表达分析，证实MED12介导的基因与光照刺激响应相关。

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参考链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16651-5

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