染色质的三维结构对于真核生物基因组稳定性与基因表达调控有着至关重要的作用。其中，结构蛋白是染色质高级结构形成和维持的必要因子。哺乳动物CCCTC-结合因子（CTCF）是一种高度保守的含锌指转录因子，是研究最广泛的三维染色质结构调控因子；黏连蛋白（Cohesin）通过DNA环挤压参与染色质高级结构的形成，二者在基因组拓扑相关结构域（Topologically associating domains，TAD）和TAD内部染色质环的形成中不可或缺。果蝇中存在多种结构蛋白，与组蛋白修饰共同调节区室结构域（Compartment domain，CD）的稳定性。然而，植物染色质三维结构与动物有所不同。在植物中，并不存在CTCF的同源蛋白，组蛋白修饰与多梳蛋白复合物（Polycomb complex）参与三维基因组的调控，目前也尚未出现关于植物中染色质高级结构调控蛋白的研究。
2024年11月19日，南京师范大学生科院孙林华和北京大学现代农学院周岳课题组、现代农业研究院何航课题组合作在Molecular Cell上在线发表了题为“EMF1 functions as a 3D chromatin modulator in Arabidopsis”的研究论文，揭示了植物特异的PcG家族蛋白EMF1（EMBRYONIC FLOWER1）结合在CD边界，并与Cohesin共同维持拟南芥染色质三维结构的稳定性。
作者通过遗传学和多组学方法综合分析了EMF1蛋白在全基因组的结合特性及emf1突变体的三维结构变化。论文研究结果显示，EMF1结合于CD边界并维持了拟南芥染色质三维结构的稳定性。在emf1突变体中，H3K4me3、H3K27me3和H3K9me2 CD边界强度均有明显下降。随后，作者综合分析了组蛋白修饰、EMF1结合位点以及emf1突变体中的结构变化，证明EMF1作为边界蛋白既可以独立于上述三种修饰直接调控染色质三维结构，也可以和H3K27me3或H3K9me2协同作用于三维基因组的稳定性。在染色质环层面，EMF1维持CD内部染色质环的相互作用强度并间接阻隔了异常长距离相互作用的形成。
此外，研究发现拟南芥Cohesin复合体SCC3亚基和EMF1存在直接相互作用。借助基因组学实验，证明了拟南芥中Cohesin复合体结合在CD边界并与EMF1在全基因组范围内共定位。结合信号峰的富集情况和基序富集分析发现，EMF1和SCC3的结合位点中均显著富集G-box基序，这暗示着EMF1可能被Cohesin招募到特异位点并共同发挥作用。通过RNAi技术，研究发现当Cohesin复合体无法正常发挥功能时，拟南芥CD边界强度也出现明显下降。以上结果均表明，EMF1与Cohesin共同维持拟南芥染色质高级结构的稳定性。
EMF1与Cohesin共同调控拟南芥染色质三维结构的稳定性
生科院青年教师孙林华（特岗研究员）是本文的共同第一作者。北京大学现代农学院周岳研究员和现代农业研究院何航研究员为本文共同通讯作者。本研究得到科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金、中国科学院青年交叉团队、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学现代农学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心的资助。
论文链接：https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00871-2
孙林华 博士
教育和工作经历：
2024年-至今，南京师范大学生命科学学院，特岗研究员
2021年-2023年，北京大学，博士后（导师：邓兴旺院士、何航研究员）
2015年-2020年，北京大学，整合生命科学（生物学），理学博士（导师：钱伟强研究员、邓兴旺院士和何航研究员）
2011年-2015年，南京师范大学，生物科学（国家理科基地），理学学士
研究方向：
1. 染色质结构与功能
2. 生物信息学
3. 表观/三维基因组新型技术开发应用
主要研究内容和成果：
主要从事表观遗传学和生物信息学的前沿交叉研究，采用三维基因组、生物信息和分子遗传学等研究手段，围绕植物染色质高级结构、功能与演化等方面开展工作；同时鉴定对植物发育和环境适应性具有关键功能的增强子，并进一步挖掘此类远距离顺式作用元件发挥生物学功能的分子机理，以期为作物遗传改良和产业降本增效提供理论基础。以第一作者（含共同）在相关领域发表了系列有影响力学术论文（Molecular Cell, 2024; Nature Communications, 2020 & 2024; Science Advances, 2020; Nature Plants, 2022; Plant Biotechnology Journal, 2024; Journal of Integrative Plant Biology, 2023; Plant Cell, 2022）。
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