2025年4月28日，北京生命科學研究所/清華大學生物醫(yī)學交叉研究院何新建實驗室在EMBO Journal 在線發(fā)表了題為“Essential angiosperm-specific subunits of HDA19 histone deacetylase complexes in Arabidopsis”的研究論文，發(fā)現(xiàn)擬南芥中的被子植物特異蛋白HDIPs對HDA19實現(xiàn)其功能特異性發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

該研究通過親和純化聯(lián)合質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)擬南芥中一類被子植物特有的未知功能蛋白能夠與HDA19結(jié)合，但不能與HDA6結(jié)合，命名為 HDIP1/2/3（HDA19-interacting protein 1, 2, and 3）。HDIP1/2/3和HDA19能夠進一步共同結(jié)合組蛋白去乙酰化酶復合體的保守亞基，形成植物中的SIN3型組蛋白去乙?；笍秃象w。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，HDIP1/2/3功能冗余，并且hdip1/2/3三突變體呈現(xiàn)出明顯的生長發(fā)育缺陷表型，表現(xiàn)為子葉膨大，蓮座葉向下彎曲，植株矮小，開花延遲，果莢變短；這些表型與hda19 突變體的表型高度相似，而與HDA19組蛋白去乙?；笍秃象w其他組分的突變體明顯不同，揭示了HDIP1/2/3與HDA19的生物學功能緊密關(guān)聯(lián)（圖1）。

通過ChIP-seq和RNA-seq聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，HDIP1和HDA19蛋白在全基因組水平共定位，主要富集在基因的轉(zhuǎn)錄起始點附近，共同抑制大量靶基因的表達，這些基因在生物逆境和非生物逆境脅迫應答基因中高度富集。在hdip1/2/3和hda19突變體中，逆境脅迫應答基因過量表達，導致植株矮小，同時耐旱性水平顯著增強。這些結(jié)果表明，被子植物中進化產(chǎn)生的HDIP1/2/3通過與HDA19協(xié)同作用，在非逆境條件下抑制逆境脅迫應答基因轉(zhuǎn)錄，維持植物的正常生長發(fā)育。

HDIP1/2/3和HDA19共同調(diào)控植物生長發(fā)育

利用 ChIP-seq對組蛋白乙酰化水平進行檢測，發(fā)現(xiàn)HDIP1/2/3和HDA19在全基因組水平上對轉(zhuǎn)錄的的抑制只在少部分基因上依賴組蛋白去乙酰化作用，揭示了獨立于組蛋白去乙酰化作用的基因轉(zhuǎn)錄抑制功能。通過體外凝膠阻滯遷移電泳發(fā)現(xiàn)，HDIP蛋白中一個未知功能的a-螺旋結(jié)構(gòu)域傾向于結(jié)合較長的雙鏈DNA。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)域?qū)哂懈呒壗Y(jié)構(gòu)的DNA和核小體DNA具有高度結(jié)合能力，是HDIP1/2/3在植物體中發(fā)揮生物學功能所必需的，可能在體內(nèi)參與抑制性染色質(zhì)狀態(tài)的形成。上述結(jié)果表明，被子植物特異亞基HDIP1/2/3能夠與HDA19協(xié)同作用，通過依賴組蛋白去乙?；筒灰蕾嚱M蛋白去乙酰化兩種方式共同抑制逆境脅迫應答基因的表達（圖2）。

HDIP-HDA19組蛋白去乙?；笍秃象w作用模型

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)了擬南芥HDA19組蛋白去乙酰化酶復合體中未知功能的被子植物特異亞基HDIP1/2/3，闡明了HDIP1/2/3與HDA19協(xié)同抑制脅迫應答基因表達的分子機制，揭示了被子植物成功適應陸生環(huán)境并成為主導類群在染色質(zhì)層面的調(diào)控機制。

何新建實驗室已畢業(yè)的博士生劉娜為該論文的第一作者，何新建研究員為通訊作者。其余作者包括北京生命科學研究所李嘉欣、袁丹陽、蘇銀娜、王琪、蘇曉敏、李琳、陳涉研究員、清華大學基礎醫(yī)學院張沛、李海濤教授。北京生命科學研究所王利珍博士和韓霆研究員為本研究提供了細胞實驗材料支持。該研究得到科技部和國家自然科學基金委的資助。