拟南芥花干细胞决定基因WUSCHEL的转录抑制与表观沉默机制

During flower development, the floral meristem is terminated after the production of a fixed numbers of floral organ primordia. This termination is achieved through the precise repression of the Arabidopsis homeobox gene WUSCHEL (WUS) which is essential for maintaining stem cell identity. We have shown that WUS is repressed by KNUCKLES (KNU), a C2H2 zinc finger protein with a conserved C-terminal EAR-like transcription repression motif and KNU is a direct target activated by AGAMOUS (AG) which is necessary for the repression of WUS. Here we show that KNU directly binds WUS promoter to recruit Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) on WUS locus through physical interaction with FERTILIZATION INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE). WUS is first transcriptionally repressed by KNU quickly within stage 6. Later via PcG-mediated deposition of H3K27me3 on WUS, floral stem cells are persistently silenced beyond stage 6 to ensure proper development of carpels.

在花发育的过程中，花分生组织的终结是在固定数目的花器官原基产生后才发生的。这个终结过程是通过对干细胞决定基因WUSCHEL(WUS)的准确抑制来实现的。WUS负责建立和维护干细胞的身份。我们之前的工作表明WUS是被KNUCKLES(KNU)这样一个C2H2型的锌指蛋白所抑制的。KNU蛋白的C末端具有一个保守的EAR-like转录抑制功能域，并且KNU也是AGAMOUS(AG)（雌雄蕊决定基因和WUS抑制基因）的直接下游基因。我们的初步实验结果表明KNU可以直接结合到WUS的启动子上，并募集多梳蛋白复合体2 (PRC2)到WUS的染色质上。因此，通过本项目，我们想证实并提出拟南芥花干细胞的终止模型，即在花发育的第6期，WUS首先被KNU转录抑制，之后KNU募集多梳蛋白复合体PcG在WUS染色质上生成抑制性标记H3K27me3并使WUS基因沉默，以确保花分生组织的消亡和第6期后雌蕊的正常发育。

花发育过程中，花分生组织的终结是在固定数目的花器官原基产生后才发生的。在拟南芥中，花分生组织活性在雌蕊原基发生后终止。这是通过对干细胞决定基因WUSCHEL(WUS)的适时抑制来实现的。WUS负责建立和维护干细胞的身份。在花发育第6期，WUS被抑制性蛋白KNUCKLES（KNU）所抑制，而KNU是一个C2H2型的锌指蛋白，其C末端具有一个保守的EAR-like转录抑制功能域。KNU也是雌蕊决定因子AGAMOUS （AG）的一个直接下游因子并被其在花发育第6期激活表达。有研究发现KNU通过募集组蛋白去乙酰化复合体在转录水平上抑制WUS；然而，WUS位点的染色质状态如何随之动态变化及随后维持，从而终止花分生组织活性依然未知。在此，我们通过本项目的研究，表明KNU能够整合WUS的转录抑制与Polycomb（PcG）多梳蛋白复合体介导的WUS位点的稳定表观沉默。KNU被AG蛋白诱导表达后，KNU能结合到WUS的启动子上并导致WUS的转录抑制，此外，KNU的结合也造成了SPLAYED(SYD)蛋白在WUS启动子上的解离，而SYD蛋白是WUS的激活因子并且SYD能够对抗PcG复合体的抑制功能。KNU同时能够与FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE)蛋白直接互作。而FIE蛋白是多梳蛋白复合体2 (PRC2)的重要组份。因此KNU通过与FIE互作来募集PRC2复合体在WUS位点上生成抑制性的组蛋白修饰H3K27me3来稳定沉默WUS。这个多步骤的WUS抑制与沉默事件导致了花干细胞的及时终止，从而保证了花发育第6期后雌蕊的正常发育。因此，通过本项目，我们证实并提出了拟南芥花干细胞的终止模型。在该模型中，我们精细描述了在时空层面、对于持续终止花干细胞活性的具体调控机制。我们通过本项目研究发现的这样的一种花干细胞的调控机制在双子叶植物中相对保守（如番茄中），因此我们的研究发现在提高农作物的果实产量上也具有潜在的应用价值。