“兵团司令”EIN3与组蛋白乙酰化及转录抑制《乙烯信号传导的表观遗传调控2》

来源：BioArt植物

乙烯信号传导的表观遗传调控——“断臂信使”EIN2-C与组蛋白乙酰化修饰一文中主要讲了EIN2-C对乙烯介导的组蛋白乙酰化的调控。EIN2-C不包含DNA结合结构域，要指挥“千军万马”响应乙烯信号的传导，还离不开“兵团司令”EIN3。但是，尚未检测到EIN2-C可以直接结合EIN3，EIN3调控EIN2介导的组蛋白乙酰化的机制仍不清楚。

2020年12月，乔红团队在The Plant Cell发表了题为EIN2-Directed Histone Acetylation Requires EIN3-Mediated Positive Feedback Regulation in Response to Ethylene的研究论文。在该研究中，作者首先构建了一种具有EIN3 DNA结合活性，但缺乏其反式激活活性的嵌合体EIN2C-EIN3DB及不具有EIN3 DNA结合活性嵌合体EIN2C-EIN3DBK245N。随后，作者在Col-0或乙烯不敏感突变体ein3-1 eil1-1中过表达EIN2C-EIN3DB或EIN2C-EIN3DBK245N。表型统计分析发现，过表达EIN2C-EIN3DB的转基因株系（T1）展现组成型乙烯反应的比例高于过表达EIN2C-EIN3DBK245N，尤其是在ein3-1 eil1-1背景中，表明EIN3的DNA结合活性对乙烯响应是非常重要的。基于ChIP-seq的信号强度，作者发现内源EIN3通过与EIN2C-EIN3DB形成异二聚体可以增强EIN2C-EIN3DB的结合活性，且H3K14Ac和H3K23Ac的水平与内源EIN3的量呈正相关。

为进一步研究EIN3在EIN2-C介导的组蛋白乙酰化调节中的作用，作者通过杂交构建了ein3-1 eil1-1 EIN2S645A、ein3-1 eil1-1 gEBF2-dCAS9-EIN2C和ein3-1 eil1-1 gETR2-dCAS9-EIN2C转基因株系【1,2】。检测结果表明，ein3-1 eil1-1 EIN2S645A中H3K14Ac和H3K23Ac的水平高于ein3-1 eil1-1，却低于EIN2S645A；而ein3-1 eil1-1 gEBF2-dCAS9-EIN2C与ein3-1 eil1-1 gETR2-dCAS9-EIN2C中的H3K14Ac和H3K23Ac水平没有显著变化。遗传分析发现，ein2-5 EIN3ox中的乙烯响应基因的表达量及H3K14Ac和H3K23Ac的水平都显著低于EIN3ox。综上所述，1）EIN2-C调节组蛋白乙酰化不依赖于EIN3；2）在没有EIN2的情况下，EIN3不足以调节组蛋白乙酰化；3）EIN3对于EIN2介导的H3K14Ac和H3K23Ac的水平升高是必需的。也就是说，在有乙烯时，EIN3二聚体化增强其DNA结合活性与特异性，进一步提高了EIN2-C依赖的组蛋白乙酰化水平，这是EIN3依赖性转录激活所必需的。

EIN2-C调节组蛋白乙酰化不依赖于EIN3。但是，EIN3对于EIN2介导的H3K14Ac和H3K23Ac的水平升高是必需的。

想必此刻你会认为EIN3很“多余”：EIN2-C介导的组蛋白乙酰化既不依赖于EIN3，EIN3也不足以调节组蛋白乙酰化。但是我们知道，乙烯信号的传导是一个复杂且需要精细调控的过程，EIN3不可或缺。在EIN3负责调遣的“千军万马”中，有被乙烯激活的基因，也有被乙烯抑制的基因，最终导致复杂的与乙烯相关的表型。在乙烯响应的过程中，EIN3介导的转录激活已被广泛研究【3-5】。但是，EIN3介导的转录抑制却鲜有报道。

几乎与上文在同一时间，乔红团队在PNAS发表了题为TREE1-EIN3–mediated transcriptional repression inhibits shoot growth in response to ethylene的研究论文。在该研究中，作者通过组织特异性RNA-seq分析发现，在植株地上部分（shoot）的绝大多数的乙烯调控的基因表达都被抑制。在被抑制基因的启动子基序中，一个DNA结合基序AGCTGT/GC/A在转录抑制中发挥重要作用。进一步的，作者发现EIN3能与一个转录抑制因子TREE1（Transcriptional Repressor of EIN3-dependent Ethylene-response 1）相互作用，并提高TREE1的DNA结合活性来抑制基因的表达。遗传分析发现，TREE1ox / ein3-1eil1-1可以恢复TREE1ox的地上部分对乙烯的超敏感表型，表明EIN3对TREE1介导的转录抑制是必需的。综上所述，作者提出了一种新的工作机制，在有乙烯时，转录抑制因子TREE1与EIN3互作介导转录抑制，导致植株地上部分的发育抑制。本研究也给我们在理解在激素信号通路中，转录激活因子如何被策反，进而抑制下游基因的表达提供了参考。

TREE1介导的转录抑制工作模式图