擬南芥OXIDATIVE STRESS 3可通過促進組蛋白H2A變體替換增強酵母的脅迫耐受性
組蛋白替換是重要的染色質重塑事件之一，它在真核生物的脅迫應答中起著關鍵的作用。組蛋白變體取代核小體中的常規組蛋白能改變一些特定基因的轉錄情況，是生物響應氧化脅迫和重金屬脅迫等生物或非生物脅迫的重要表達調控手段。
在過往的研究中，中科院華南植物園農業與生物技術研究中心區永祥研究員團隊，發現過表達擬南芥AtOXS3（Arabidopsis OXIDATIVE STRESS 3）這種植物特異蛋白可以增強擬南芥和酵母的脅迫耐受能力。由于AtOXS3具有一個類似N-乙酰基轉移酶催化結構域，并與組蛋白H4有著共同的核定位，所以該研究團隊推測AtOXS3可能作為染色質重塑因子參與染色質修飾，以調控下游抗性基因表達，從而提高寄主脅迫耐受能力。
華南植物園博士研究生賴丁王等在王昌虎副研究員和區永祥研究員指導下，嘗試利用模式生物裂殖酵母以證實上述推測。他們通過酵母雙雜交、染色質免疫共沉淀和基因表達定量分析等手段進行了分子水平上的驗證，揭示出了AtOXS3在酵母中介導脅迫抗性的相關分子機理（圖1）。當酵母遇到非生物脅迫時，組蛋白H2Aα會被Tel1/Rad3激酶磷酸化并被驅逐出核小體。這時，酵母中的AtOXS3通過與組蛋白H2A的另一種變體H2A.Z及染色質重塑復合體SWR1中的Swc2亞基互作，促使相關抗藥基因啟動子區域上所結合的核小體中的H2Aα被H2A.Z替代。接著，轉錄因子Pap1被招募至這些抗藥基因的啟動子區域并激活其表達，從而提高細胞的脅迫耐受性。綜上所述，AtOXS3作為來源于擬南芥的蛋白，它能夠通過影響酵母組蛋白H2A變體的替換，特異性地激活相關抗性基因的轉錄。這一分子機制的闡明，不僅豐富了人們對染色質重塑的分子過程的認識，也為人們利用AtOXS3調控其它生物的脅迫應答反應提供新的思路。
相關研究成果已近期發表在國際學術期刊Genetics（《遺傳學》）（2021，iyab149，IF：4.562）上。該研究獲得了國家重點研發計劃項目和中國科學院前沿科學重點研究項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/genetics/iyab149
圖1. AtOXS3介導脅迫耐受性的機理模型 P：磷酸化。灰色方框中顯示相互作用的AtOXS3、Swc2和H2A.Z。
