植物驚人的再生能力和漫長(zhǎng)的生命周期依賴(lài)于其干細(xì)胞的活性，與動(dòng)物一樣，這些干細(xì)胞位于干細(xì)胞龕（SCN）。干細(xì)胞龕中，存在一類(lèi)通常處于靜息狀態(tài)的長(zhǎng)期干細(xì)胞，用于維持和補(bǔ)充鄰近受損的短期干細(xì)胞，并有助于維持基因組穩(wěn)定性，這類(lèi)干細(xì)胞被稱(chēng)為組織中心（OC），在根部稱(chēng)為靜止中心（QC）。QC通常處于細(xì)胞周期停滯狀態(tài)（G0期），但在特定條件下可重新進(jìn)入分裂周期，表現(xiàn)出“靜止而具有分裂潛能”的特征。這種動(dòng)態(tài)平衡的調(diào)控機(jī)制是干細(xì)胞生物學(xué)中的核心科學(xué)問(wèn)題之一。QC的維持依賴(lài)于多個(gè)核心轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用，包括PLT1、PLT2、SCR和WOX5等。這些因子在QC區(qū)域共表達(dá)，協(xié)同維持其干細(xì)胞特性并抑制異常分裂。已有研究表明，上述轉(zhuǎn)錄因子均具備轉(zhuǎn)錄自調(diào)控能力。自調(diào)控機(jī)制在動(dòng)植物干細(xì)胞系統(tǒng)中廣泛存在，如動(dòng)物干細(xì)胞多能性轉(zhuǎn)錄因子OSKM（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）亦表現(xiàn)出類(lèi)似特性。然而，這些轉(zhuǎn)錄因子如何實(shí)現(xiàn)自調(diào)控，以及是否存在一個(gè)共同的調(diào)控機(jī)制，目前尚不清楚。

近日，河北師范大學(xué)崔素娟/趙紅桃團(tuán)隊(duì)在PNAS發(fā)表了題為T(mén)he LFR-SWI/SNF complex: a chromatin wrench safeguarding cellular quiescence in Arabidopsis root stem cell organizer的研究論文，首次揭示了LFR-SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體通過(guò)協(xié)助核心轉(zhuǎn)錄因子的自調(diào)控，維持根尖靜止中心的靜止?fàn)顟B(tài)與分裂潛能并存的分子機(jī)制。

圖1. LFR可能與PLTs、WOX5和SCR在同一通路參與轉(zhuǎn)錄因子的自調(diào)控

研究團(tuán)隊(duì)以植物SWI/SNF復(fù)合體組分LFR的突變體和回補(bǔ)株系為材料，通過(guò)基因表達(dá)分析與表型鑒定，證實(shí)LFR調(diào)控PLT1、PLT2、SCR和WOX5的表達(dá)，并與這些轉(zhuǎn)錄因子的自調(diào)控處于同一通路。蛋白相互作用實(shí)驗(yàn)和染色質(zhì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明，LFR與上述轉(zhuǎn)錄因子存在直接互作，且可結(jié)合其染色質(zhì)區(qū)域；反之，這些轉(zhuǎn)錄因子也可結(jié)合LFR位點(diǎn)，形成相互依賴(lài)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，四個(gè)核心轉(zhuǎn)錄因子可自我促進(jìn)或抑制自身表達(dá)，而在LFR突變體中，該自調(diào)控現(xiàn)象消失，表明其轉(zhuǎn)錄自調(diào)控依賴(lài)于LFR。LFR通過(guò)改變轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）附近核小體的分布與占位率，協(xié)助實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子的自調(diào)控。遺傳學(xué)分析證實(shí)，LFR與PLT1、PLT2、SCR和WOX5在同一通路中協(xié)同調(diào)控QC的靜止?fàn)顟B(tài)。

圖2. PLTs、WOX5和SCR的自調(diào)控依賴(lài)于LFR

研究揭示，LFR-SWI/SNF復(fù)合體通過(guò)重塑染色質(zhì)，像在染色質(zhì)上發(fā)揮雙重作用的“扳手”一樣：一方面，通過(guò)松弛染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)PLT1、PLT2與SCR的自我激活，增強(qiáng)其表達(dá)并抑制QC分裂；另一方面，通過(guò)壓縮染色質(zhì)構(gòu)象，協(xié)助WOX5的自我抑制。此外，LFR還可通過(guò)激活周期蛋白CYCD3;3的表達(dá)，為QC提供在特定條件下重新進(jìn)入細(xì)胞周期的潛能。該機(jī)制實(shí)現(xiàn)了QC在“靜止中保留分裂潛能”的動(dòng)態(tài)平衡。

圖3. 作用機(jī)制

綜上，該研究首次系統(tǒng)闡明了SWI/SNF復(fù)合體在植物干細(xì)胞核心轉(zhuǎn)錄因子自調(diào)控中的關(guān)鍵作用，揭示了其通過(guò)染色質(zhì)重塑實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)控的機(jī)制，為理解動(dòng)植物干細(xì)胞維持的保守機(jī)制提供了新的視角。

河北師范大學(xué)博士畢業(yè)生王淑閣為文章的第一作者，河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院趙紅桃教授為文章的通訊作者。河北師范大學(xué)崔素娟教授、湯文強(qiáng)教授、劉西崗教授、張昊副教授、李曉云助理研究員、已畢業(yè)碩士生李佳雨，河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所閆龍研究員、史曉蕾研究員、陳強(qiáng)副研究員參與了該項(xiàng)研究。該研究沒(méi)有直接立項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，團(tuán)隊(duì)所獲得的國(guó)家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金、國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目給予了部分經(jīng)費(fèi)資助。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2520692122