2023年2月23日，国际学术期刊Cell Reports在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心段成国研究组完成的题为“JMJ28 Guides Sequence-specific Targeting of ATX1/2-containing COMPASS-like Complex in Arabidopsis”的研究论文。该研究揭示了植物中ATX1/2-COMPASS-like复合体催化的H3K4甲基化（H3K4me）位点特异性识别的新机制。在该机制中，JmjC家族蛋白JMJ28编码的植物特有的WRC结构域可以特异性识别“YTGCAG”DNA基序，并通过与COMPASS-like复合体中的核心组分RBL相互作用，招募ATX1/2-COMPASS-like复合体到靶位点上催化H3K4me修饰的沉积。

　　H3K4甲基化由一类Complex Proteins Associated with Set（COMPASS）或COMPASS-like复合体负责催化。COMPASS复合体高度保守，广泛存在于酵母，果蝇，哺乳动物和植物中，且参与了多种生物学过程，发挥着非常重要的功能。在酵母和哺乳动物中，关于COMPASS复合体的生物学功能以及招募机制都已研究的较为深入。然而，在拟南芥COMPASS-like复合体中，有7个潜在的H3K4甲基转移酶，彼此之间存在较为严重的功能冗余，其底物特异性识别的分子基础植物中尚未完全清楚。

　　该研究组在拟南芥中通过免疫沉淀质谱分析鉴定到JmjC家族蛋白JMJ28在细胞内能稳定和ATX1/2-COMPASS-like复合体结合在一起。酵母双杂交以及双分子荧光互补实验结果显示JMJ28与COMPASS-like复合体的核心组分RBL在体内存在直接相互作用。染色质免疫共沉淀（ChIP-seq）分析表明，JMJ28和H3K4甲基转移酶ATX2在染色质水平上存在高度共定位。凝胶迁移（EMSA）实验结果显示，JMJ28蛋白的WRC结构域负责特异的识别“YTGCAG”基序。当JMJ28缺失及WRC结构域保守的氨基酸突变后，ATX2在靶位点上的富集程度大幅下降，说明JMJ28对招募ATX1/2-COMPASS-like复合体到靶位点是至关重要的。JMJ28-ATX1/2-COMPASS模块能够促进H3K4me在靶位点上的沉积，在jmj28-2和atx1/2突变体中，部分位点（DEGs）上H3K4me3修饰水平显著降低，基因表达也呈现显著下调。还有部分位点（Non-DEGs）上，H3K4me3修饰与基因表达水平均无明显变化。生化证据表明在Non-DEGs位点上JMJ28招募的COMPASS复合体与其他类型COMPASS-like的复合体存在功能补偿。

　　此外，作者还发现JMJ28可以作为一个负调节因子参与植物免疫的调控，其介导的H3K4me沉积参与了众多病原响应相关基因的表达调控。更重要的是，JMJ28基因的表达受病原及水杨酸（SA）等激素信号的诱导下调，表明JMJ28参与了免疫基因转录重编程的调控。

　　综上，该研究揭示了植物中特有的一种COMPASS-like复合体位点特异性识别的分子机制。

　　中科院分子植物科学卓越创新中心已毕业博士生谢思思和张以哲为该论文的共同第一作者。分子植物卓越中心段成国研究员为该论文通讯作者。中科院遗传发育所谢旗研究员以及聊城大学赵庆臻副教授参与了该研究。该研究得到了中国科学院先导项目和国家自然科学基金项目的资助。

　　论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00174-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124723001742%3Fshowall%3Dtrue

图1. A. JMJ28-4Myc与ATX2-3Flag转基因材料质谱分析; B. JMJ28和ATX2在基因组上共定位; C. JMJ28对于招募ATX1/2-COMPASS-like复合体到靶位点至关重要; D. JMJ28蛋白点突以及探针突变示意图; E. JMJ28的WRC结构域负责识别DNA序列; F. WRC结构域负责特异识别“YTGCAG”基序; G. WRC结构域对于JMJ28的染色质结合能力必不可少; H. JMJ28负责招募ATX1/2-COMPASS-like复合体到靶位点催化H3K4me3的沉积; I. JMJ28-ATX1/2-COMPASS-like复合体与其他类型COMPASS-like复合体存在功能冗余; J. JMJ28是植物免疫调控中的负调节因子

图2. JMJ28介导ATX1/2-COMPASS-like复合体特异性招募的工作模型