近日，澳门人威尼斯、国家玉米改良中心、玉米生物育种全国重点实验室赵海铭团队在国际学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为 “ZmELP1, an Elongator complex subunit, is required for the maintenance of histone acetylation and RNA Pol Ⅱ phosphorylation in maize kernels” 的研究论文。该研究鉴定了调控玉米籽粒发育的又一重要基因ZmELP1, 揭示了该基因通过调节H3K14ac依赖的转录延伸来调控玉米籽粒发育。

01 研究背景

转录延伸是基因表达的关键调控步骤，受多种蛋白质和机制的控制，包括组蛋白伴侣、染色质重塑复合物、RNAPII C末端的磷酸化及共转录的组蛋白修饰等。在酵母和动物细胞中，组蛋白乙酰化已被证明可以直接促进RNAPII介导的转录延伸。此外，在酵母中，Elongator复合体是RNAPII的相互作用物，并具有组蛋白乙酰转移酶活性。然而，在植物中，Elongator的相关研究较少，是否具有组蛋白乙酰转移酶活性，是否通过介导组蛋白乙酰化来调控转录延伸仍然是未知的。

02 研究内容

该研究通过EMS化学诱变筛选获得了一个玉米籽粒突变体mn7，该突变体籽粒变小，百粒重显著降低，淀粉粒及蛋白体体积明显减小。基于图位克隆，发现Mn7编码玉米Elongator复合体的一个亚基ZmELP1。进一步研究表明，ZmELP1与ZmELP3相互作用，而ZmELP3能够在体外对组蛋白H3的K14位点进行乙酰化。此外，Elongator复合体的几个亚基与RNAPII C端结构域(CTD)相互作用。全基因组分析表明，ZmELP1缺失导致H3K14ac和CTD的Ser2磷酸化(Ser2P)富集显著降低。这些染色质变化与全局转录组变化呈正相关，影响转录调控和籽粒发育相关基因的表达，包括淀粉合成相关基因、贮藏蛋白积累相关基因和生长发育相关的转录因子等。此外，该研究还证明了Elongator通过调控H3K14ac在基因区的沉积来调节Ser2P的富集，这可能有助于RNAPII进入生产延伸期以完成新生RNA的生产。

图1 mn7突变体籽粒表型

图2 Ser2P降低依赖于Elongator介导的H3K14ac沉积以及ZmELP1调控转录延伸的模型

综上，该研究揭示了ZmELP1在H3K14ac依赖的转录延伸中发挥重要作用，突出了其在调控玉米籽粒发育中的生物学意义。

中国农业大学博士后 李建锐，已毕业的 顾炜 博士和中国农业大学副研究员 杨志佳 为该论文的共同第一作者，赵海铭 副教授为通讯作者。中国农业大学 赖锦盛 教授、宋伟彬 教授、郭岩 教授、李景睿 副教授以及北京大学 周岳 教授也对该研究提供了重要指导意见。该研究得到了国家自然科学基金、国家科技创新2030重大项目及博士后科学基金等项目的支持。