EMBO Journal | 何新建实验室揭示WRKY转录因子与组蛋白结合因子形成复合体抑制逆境应答基因转录的分子机制

2023年8月11日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院何新建实验室在EMBO Journal杂志在线发表了题为“WRKY transcription factors and OBERON histone-binding proteins form complexes to balance plant growth and stress tolerance”的研究论文。该研究发现拟南芥IId类WRKY转录因子与结合组蛋白的OBERON(OBE)家族蛋白特异互作形成蛋白复合体，并揭示了OBE蛋白参与WRKY靶向特异性及转录抑制功能调控的分子机制。

该研究通过蛋白免疫亲和纯化结合质谱分析， 发现拟南芥中的IId类WRKY转录因子能够与OBE家族蛋白互作形成一类新的植物特异的蛋白复合体，该研究将这类复合体命名为WRKY-OBE复合体。进一步研究发现，IId类WRKY转录因子的N-端区域包含一段高等植物中保守的coiled-coil（CC）结构域，该结构域负责与OBE蛋白的结合。两个OBE蛋白之间能够互作形成二聚体，并分别结合一个WRKY蛋白，从而形成一个包含两个OBE蛋白和两个WRKY蛋白的四亚基WRKY-OBE复合体(图1)。另外，OBE家族蛋白OBE1的PHD结构域能够特异性识别组蛋白H3K4me2/3修饰，同时OBE1能够通过与OBE2互作增强其对组蛋白的结合能力，揭示了组蛋白参与WRKY-OBE复合体转录调控功能的可能分子机制。

利用体外凝胶阻滞迁移电泳、双荧光素酶报告系统及染色质免疫沉淀实验发现，IId类WRKY转录因子通过其CC结构域结合OBE蛋白，将OBE蛋白招募到具有W-box基序的靶基因上，从而介导基因的转录抑制(图1)。另外，截去CC结构域的WRKY转录因子不仅能够靶向野生型WRKY的靶基因还能靶向大量其他基因，对靶基因结合的特异性显著降低。这些研究揭示了OBE家族蛋白对实现WRKY-OBE复合体转录抑制功能以及靶基因选择特异性的重要作用。

通过综合运用基因编辑和遗传杂交方法获得了多个不同组合的wrky和obe突变体，发现其中wrky7/11/17/21/39纯合wrky15杂合(wrky-qm/15^+/-)的突变体与obe1/2和obe3/4突变体具有相似的生长缺陷表型，主要表现为植物根系发育以及真叶维管组织建立异常，揭示了WRKY-OBE复合体是植物正常生长发育所必需。通过RNA-seq和ChIP-seq联合分析发现，WRKY和OBE蛋白共同抑制大量逆境应答基因的表达。在wrky-qm和obe1/3突变体中，一系列经典的逆境应答基因(包括DREB1A、DREB1B、DREB1C、DREB2A、Rd29A和Rd29B等)的表达显著增加。干旱处理发现，wrky-qm和obe1/3突变体对干旱胁迫的耐受性显著增强(图2)。同时发现，在长时干旱处理条件下，多个WRKY和OBE基因的表达显著降低，揭示了植物在干旱条件下维持逆境应答基因持续表达的新机制(图2)。

何新建课题组的博士生杜平和王琪为该论文的共同第一作者，何新建研究员为通讯作者。其余作者包括袁丹阳、陈姗姗、苏银娜、李琳和陈涉研究员。该研究在北京生命科学研究所完成，得到了科技部、国家自然科学基金委和北京市政府的资助。