北京大学生命科学学院朱丹萌课题组与合作者揭示染色质重塑因子PKL介导的染色质状态调控分子机理

2025年12月8日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、核糖核酸北京研究中心朱丹萌课题组与合作团队在国际知名期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）在线发表题为“PKL mediates H3K4me2 modification and spatial gene congregation in chromatin regulation”的研究论文。该研究揭示了染色质重塑因子PICKLE如何调控植物染色质状态从而介导转录调控的分子机理。

拟南芥PICKLE（PKL）是一种CHD3型染色质重塑因子。尽管PKL在植物发育和对环境刺激的响应中发挥重要作用，但PKL如何影响特定基因位点的染色质状态调控基因表达尚不清楚。利用ChIP-seq等实验方法，本研究在WT和 pkl突变体中鉴定出3534个高置信度的全基因组结合位点。后续研究发现，PKL直接与三类光信号转导调控中重要的转录因子HY5、PIF和TCP相互作用，并由它们招募到特定靶基因位点。PKL结合的基因位点染色质区域富集组蛋白H3K4me2和H3K4me3修饰。 pkl突变体中H3K4me2水平显著下降，表明PKL有助于维持靶基因位点H3K4me2组蛋白修饰水平。进一步研究发现，PKL可与COMPASS-like复合物支架蛋白WDR5A相互作用，并促进WDR5A在共同下游靶基因位点的结合。

此外，PKL及其互作的转录因子共同介导靶基因染色质的空间聚集，从而优化目标基因染色质状态实现转录调控。Hi-C分析显示 pkl 突变体中染色体内部短距离（<10Mb）互作减少、远程互作（>10Mb）增加，靶基因位点空间聚集现象消失。聚集区域与开放染色质特征（如H3K4me3）重合，表明PKL在调控染色质高级结构和基因活性中起关键作用。此特征在早期陆地植物地钱中具有保守性。

综上，本研究从全基因组结合位点、组蛋白修饰水平和三维染色质组织特征等多个维度解析了染色质重塑因子PKL在光温信号转导中的分子机制，并初步揭示了该机制在植物中的保守性（如图）。鉴于PKL介导植物幼苗光形态建成、温度形态建成以及株高等多个重要农艺性状，本研究的新发现为作物性状改良提供了潜在靶点与重要理论依据。

PKL介导的染色质状态调控机制模式图

北京大学现代农学院博士后宋蒙飞博士（已出站）为文章的第一作者，朱丹萌、北京大学现代农学院邓兴旺教授和北京市农林科学院林业果树研究所王玉秋研究员为共同通讯作者。四川大学生命科学学院马涛教授、美国Wilkes大学William Terzaghi教授、中国科学院植物研究所徐波研究员和湘湖实验室林荣呈研究员为本项目的开展提供了重要支持。这项研究得到了基因功能研究与操控全国重点实验室、核糖核酸北京研究中心、北大-清华生命科学联合中心与国家自然科学基金委等的项目资助。