植物NLR（nucleotide-binding，leucine-rich?repeat）基因編碼介導(dǎo)與微生物病原菌特異識(shí)別的免疫受體蛋白。NLR蛋白通過(guò)與病原菌分泌的效應(yīng)子（effector）直接或間接互作，激活包括過(guò)敏反應(yīng)（hypersensitive?response，HR）在內(nèi)的一系列防御反應(yīng)，進(jìn)而應(yīng)答病原菌的侵染。NLR表達(dá)的穩(wěn)態(tài)（homeostasis）對(duì)其功能至關(guān)重要。NLR蛋白水平必需高于一定閾值才能充分激活防御反應(yīng)信號(hào)通路，達(dá)到抵御病原菌侵染的目的。然而，NLR表達(dá)水平過(guò)高則有可能導(dǎo)致自發(fā)性細(xì)胞死亡或阻礙植物生長(zhǎng)。因此，NLR蛋白的表達(dá)必需受到嚴(yán)格調(diào)控，以確保不以生長(zhǎng)為代價(jià)的有效免疫應(yīng)答。

2020年9月14日，PLOS?GENETICS在線發(fā)表了加州大學(xué)河濱分校Thomas?Eulgem教授和Karine?Le?Roch教授課題組合作的題為“The?Arabidopsis?PHD-finger?protein?EDM2?has?multiple?roles?in?balancing?NLR?immune?receptor?gene?expression”的研究論文。文章報(bào)道了擬南芥PHD-finger蛋白EDM2（ENHANCED?DOWNY?MILDEW?2）在基因組水平調(diào)控NLR免疫受體基因的表達(dá)。

Eulgem課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥EDM2蛋白作為染色質(zhì)結(jié)合因子調(diào)控NLR免疫受體蛋白基因RPP7的表達(dá)。RPP7介導(dǎo)擬南芥對(duì)活體營(yíng)養(yǎng)型卵菌（Hyaloperonospora?arabidopsidis）Hiks1菌株的抗性。RPP7基因依次包含了三個(gè)非編碼外顯子，三個(gè)編碼外顯子和三個(gè)非編碼外顯子。第一個(gè)長(zhǎng)內(nèi)含子中插入了COPIA-R7轉(zhuǎn)座子。這個(gè)轉(zhuǎn)座子的區(qū)域覆蓋著促進(jìn)轉(zhuǎn)座子沉默的組蛋白H3K9me2標(biāo)記。EDM2結(jié)合H3K9me2，并通過(guò)維持較高水平的H3K9me2抑制RPP7近端多聚腺苷酸位點(diǎn)的選擇，進(jìn)而確保了編碼全長(zhǎng)RPP7蛋白轉(zhuǎn)錄本的合成。上述調(diào)控機(jī)制的缺失會(huì)造成RPP7介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的完全缺失。

本研究通過(guò)RNA-seq和H3K9me2ChIP-seq揭示了兩個(gè)有趣的現(xiàn)象。首先，EDM2影響了大量轉(zhuǎn)座子的沉默狀態(tài)。這些轉(zhuǎn)座子主要位于異染色質(zhì)，也有部分位于基因富集的常染色質(zhì)。其次，EDM2在基因組水平調(diào)控NLR基因的表達(dá)。包括RPP7在內(nèi)，EDM2在轉(zhuǎn)錄水平和/或H3K9me2水平參與調(diào)控59個(gè)NLR基因，占擬南芥基因組NLR總數(shù)的1/3以上。大多數(shù)情況下，EDM2在轉(zhuǎn)錄水平抑制了NLR基因的表達(dá)。作者認(rèn)為，通過(guò)這種方式EDM2緩和了在促進(jìn)RPP7和其他NLR基因表達(dá)過(guò)程中造成的植物生長(zhǎng)上的代價(jià)。

HA-tagged?EDM2?ChIP-seq結(jié)果表明EDM2可以通過(guò)結(jié)合轉(zhuǎn)座子參與調(diào)控NLR基因。這其中包括了擬南芥Col-0RPP5?NLR基因簇的成員之一，RPP4基因。RPP4基因3UTR區(qū)域與下游的COPIA4轉(zhuǎn)座子5LTR區(qū)域重疊。EDM2同COPIA4結(jié)合，并促進(jìn)了全長(zhǎng)RPP4轉(zhuǎn)錄本的合成。在edm2突變體中，RPP4的H3K9me2水平和轉(zhuǎn)錄本水平均顯著降低。除了RPP7和RPP4以外，本研究還提供了額外的轉(zhuǎn)座子參與調(diào)控NLR基因的例子，暗示了轉(zhuǎn)座子插入在擬南芥NLR基因調(diào)控過(guò)程中起重要作用。本研究進(jìn)一步表明在擬南芥基因組中，與其他基因相比，NLR基因位點(diǎn)與轉(zhuǎn)座子的關(guān)聯(lián)更顯著。本研究有力的支持了轉(zhuǎn)座子通過(guò)提供新的基因調(diào)控“原材料”，在NLR進(jìn)化過(guò)程中起重要作用的設(shè)想。

加州大學(xué)河濱分校Thomas?Eulgem教授課題組博士后/助理項(xiàng)目科學(xué)家賴燕博士和Karine?Le?Roch教授課題組呂雪晴博士為并列第一作者。ThomasEulgem教授和Karine?Le?Roch教授為通訊作者。日本大學(xué)Tokuji?Tsuchiya教授，華威大學(xué)EricHolub教授，弗吉尼亞理工大學(xué)JohnMcdowell教授，俄亥俄州立大學(xué)和密蘇里大學(xué)R.Keith?Slotkin教授參與了該研究。