轉錄基因沉默（Transcriptional gene silencing，TGS）是真核生物維持基因組穩定性的重要機制，在抑制轉座子活性、防止基因組損傷和維持正常生長發育過程中發揮關鍵作用。在植物中，DNA甲基化是介導TGS重要的表觀遺傳標記。過去二十余年間，研究人員已經較為系統地闡明了DNA甲基化的建立、維持和去除機制，然而DNA甲基化下游如何進一步介導轉錄水平基因沉默，其具體分子機制仍未被完全解析。

近日，內蒙古大學錢偉強教授聯合北京大學現代農業研究院薛彥研究員和南京師范大學孫林華研究員在國際知名學術期刊The Plant Cell在線發表了題為PRP8 regulates chromatin organization to enforce transcriptional gene silencing independent of DNA methylation的研究論文。該研究通過正向遺傳學篩選，鑒定到剪接體核心組分PRP8是一個參與轉錄沉默的新因子，并揭示了其通過維持染色質高級結構介導DNA甲基化非依賴型轉錄基因沉默的新機制。

為了尋找DNA甲基化下游參與TGS過程的關鍵組分，錢偉強團隊利用擬南芥d35S::LUC報告基因系統，在hdp1-5突變體背景下開展了正向遺傳篩選，獲得了多個能夠恢復報告基因表達的抑制子突變體。除已知的RdDM（RNA-directed DNA methylation）通路因子以及染色質沉默因子外，還篩選到一個能夠顯著恢復LUC發光信號的抑制子突變體m155-7，并通過圖位克隆和全基因組重測序鑒定到其為剪接體復合物的核心因子PRP8（Pre-mRNA processingfactor8）發生了點突變。PRP8編碼一個經典的剪接子，是U5 snRNPs（small nuclearribonucleoproteins）的核心成員，在pre-mRNA剪接過程中發揮重要作用。研究發現，PRP8的點突變（prp8-12）不僅導致報告基因的激活，還誘導了內源基因SDC以及一些內源轉座子（Transposable elements，TEs）如Solo-LTR、Copia28a等的激活。與以往鑒定到的許多影響DNA甲基化或siRNA積累的剪接因子（如ZOP1、STA1、RDM16）不同，全基因組重亞硫酸氫鹽測序（Whole-genome bisulfite sequencing，WGBS）、sRNA測序和組蛋白修飾分析結果表明，prp8-12突變體中基因和TEs的激活并不伴隨DNA甲基化水平、siRNA豐度或抑制性組蛋白修飾H3K9me2/H3K27me1的改變。

那么，PRP8究竟如何介導 轉錄 基因沉默？研究團隊進一步利用細胞學觀察和Hi-C染色體構象捕獲技術，對 PRP8 缺失后的染色質結構進行了系統分析。結果發現， PRP8 突變導致擬南芥細胞核內異染色質中心明顯解聚 。 同時，全基因組三維基因組結構發生廣泛重塑 ， 表明 PRP8對維持著絲粒周圍異染色質相互作用以及染色質高級結構是必需的 。 進一步研究發現，PRP8能夠直接富集于發生 轉錄激活 的轉座子和沉默基因位點。結合Hi-C分析結果，研究團隊提出PRP8通過維持異染色質高級結構和三維基因組空間組織 介導 轉錄基因沉默（圖1）。

圖1.PRP8是異染色質凝聚和染色質結構的維持所必需的

遺傳學實驗證明PRP8與MORC6、HDA6、MOM1和NRPE1等已知沉默因子協同作用，共同維持轉座子的穩定沉默。此外，通過對差異表達基因與差異剪接基因的關聯分析，證明PRP8在TGS中的這一非經典功能在很大程度上獨立于其傳統的pre-mRNA剪接角色。

綜上所述，該研究證明PRP8作為一個雙功能因子，既參與RNA剪接，又作為染色質調節因子在DNA甲基化下游調控轉錄基因沉默。為理解植物基因組穩定性維持、轉座子沉默以及染色質高級結構調控提供了新的理論框架，也為解析RNA加工過程與三維基因組結構之間的聯系提供了新的研究方向。

北京大學現代農學院博士后齊立娟博士（現為中國農業大學生物學院副教授）和北京大學生命科學學院卓婉清博士為該論文的共同第一作者。內蒙古大學錢偉強教授、北京大學現代農業研究院薛彥研究員以及南京師范大學孫林華研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了中國博士后科學基金及國家自然科學基金等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koag167