研究苹果的生物学家发现结构细胞蛋白也直接调节基因转录

一种以前被认为只为DNA提供支架的细胞蛋白也被证明可以直接影响DNA转录为RNA——这是生物体遗传密码表达的第一步。这一根本性突破是在苹果细胞中发现的，但与所有由含核细胞组成的生物体有关，包括人类

这一发现于12月20日发表在《植物细胞》杂志上，由康奈尔大学的研究人员和来自加州大学戴维斯分校和中国山东省山东农业大学的同事共同撰写

生物体内的每个细胞都包含其完整的遗传密码。但是，新创建的细胞是否有助于构建心脏或肺、叶子或水果，取决于称为转录因子的特殊蛋白质如何解释遗传密码

转录因子是基因表达的主要调节因子，因此受到科学家的高度追捧。植物科学家可以利用转录因子靶向新作物品种的理想性状，医学研究人员可以利用它们开发新药

19世纪末发现了称为接头组蛋白的细胞蛋白。众所周知，它们通过提供DNA的结构、组织和折叠来影响基因表达，但这篇论文是第一篇证明连接体组蛋白也作为转录因子直接调节基因表达的论文

“过去，人们一直认为接头组蛋白在调节基因表达方面起着间接作用。这是任何物种中第一个证明接头组蛋白直接调节基因表达的案例，”资深作者、农业与生命科学学院综合植物科学学院园艺系教授Lailiang Cheng说

“研究其他植物、动物甚至人类的研究人员可能能够利用这些信息来鉴定连接组蛋白靶向的基因，这些基因可能参与疾病发展或未来的一些其他重要生物过程。”

程和他的合著者在努力了解苹果中糖和酸的发育过程时发现了这一发现。这些信息可以帮助植物育种者开发新品种，支持农民种植作物，提高储存中的水果质量

在之前的研究中，研究人员对苹果进行了基因操纵，使其产生更少的山梨醇，山梨醇是叶子中的主要糖，在水果中转化为果糖，并发现这些植物在水果中积累的苹果酸也更少。两者对苹果的味道和风味都很重要

“这促使我们寻找将糖与苹果酸联系起来的分子，”程说

他们使用RNA测序来了解对果实和叶片中山梨醇和苹果酸积累重要的蛋白质的遗传表达，并鉴定出五个似乎编码转录因子蛋白的基因。其中一个基因与拟南芥中已知的产生连接体组蛋白的基因相似，拟南芥是一种广泛用于植物生物学研究的芥菜科植物

通过使用瑞士苏黎世大学产生的拟南芥突变体，他们证明，事实上，他们在苹果中发现的基因编码了一个连接组蛋白。出乎意料的是，他们发现这种连接体组蛋白与编码一种蛋白质的基因的启动子结合，该蛋白质运输苹果酸储存在苹果细胞中，直接调节其表达

程说，未来的研究可以探索连接蛋白组蛋白可能直接调控的其他基因；该连接体组蛋白在其他植物物种中的功能，以探索蛋白质在不同物种中的行为方式如何相似；或利用山梨醇改善苹果作物风味增强苹果酸的应用研究

胡大刚，程实验室前博士后助理，现任山东农业大学教授，为第一作者。康奈尔大学的其他贡献者包括博伊斯·汤普森研究所教授张俊飞；张梦霞、李春龙、董萌，均为程实验室博士后