《Current Opinion in Plant Biology》：Histone variants: Distinct building blocks of the chromatin acting at the core
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组蛋白变体通过改变核小体结构调控植物表观遗传，研究揭示了其影响基因表达和染色质压缩的分子机制，并展望了基于变体的表观遗传工程应用。
Vivek Hari-Sundar Gandhivel | P.V. Shivaprasad
国家生物科学中心，TIFR，GKVK校区，班加罗尔 560065，印度
组蛋白变体改变了它们所修饰的核小体的核心特性，因此构成了控制细胞过程的重要表观遗传层。历史上，人们通过经典遗传学方法研究组蛋白变体以确定与其相关的功能。然而，在过去几年中，先进的（表观）基因组学和结构研究揭示了组蛋白变体特异性基因组调控所涉及的精细分子步骤。这篇综述概述了关键机制发现，这些发现以前所未有的分辨率揭示了植物组蛋白变体的结构和功能方面。我们还强调了未来研究可能的方向，包括使用组蛋白变体进行染色质工程。
引言
组蛋白是真核生物中包装DNA为染色质的基本单位[1]。核小体由四种类型的组蛋白——H2A、H2B、H3和H4各两个单元组成。这些组蛋白组成的八聚体大约包裹147个碱基对的DNA，形成一个核小体[2]。由于核小体是所有生化反应（如DNA复制、转录、重组和DNA损伤修复）的接口，因此它们是真核生物中基因调控的基本决定因素。除了动质体等特殊例外，大多数真核生物都保持类似的核小体结构，这要求组蛋白的整体保守性[3,4]。尽管如此，已经记录了许多具有后缀（如H2A.Z、H3.3等）的典型组蛋白的旁系变体，这些变体在保留整体组蛋白序列的同时表现出特定的残基变异[5,6]。所有四种核心组蛋白的变体在真核生物中都有记录，并且具有重要的功能和适应性意义。一些组蛋白变体，如H2A.Z，起源于古代，并在不同生命界中在结构和功能上保持保守[5]。此外，一些组蛋白变体，如H2A.X，在不同的分支中独立进化[5,7]。某些组蛋白变体，如H2A.W、H4.V和macroH2A，在特定的孤立分支和/或属中具有独特的适应性功能[??8, ??9, 10]。
组蛋白变体与典型组蛋白的一个显著区别在于，它们的表达通常与DNA复制解耦，并且它们往往需要不同的分子伴侣蛋白才能组装成染色质[11]。组蛋白变体被整合到特定的染色体位置，并且可以限制在特定的发育阶段/组织中[12]。这篇综述汇集了最近的研究成果，主要关注植物组蛋白变体的功能结果及其相关分子机制。此外，我们还强调了组蛋白变体突变在编程植物染色质全基因组（表观）遗传修饰方面的潜力。
结构变异和改变的核小体特性是组蛋白变体功能的基础
特定组蛋白变体的功能通常通过两种主要方法进行研究：反向遗传学和利用染色质免疫沉淀（ChIP）方法进行整合位点分析。这两种强大的工具使我们能够详细了解组蛋白变体的功能，但在揭示相关功能和/或表型的分子机制方面存在不足。在过去的十年中，多项关键研究利用这些方法探讨了植物组蛋白变体。
组蛋白变体诱导的相分离可导致靶向染色质压缩
在陆生植物中，H2B变体经历了巨大的分化。其中，被子植物中H2B变体的种子特异性辐射值得注意[19]。被子植物具有一系列有助于其繁殖成功和广泛分布的新特征，包括花朵和果实等发育创新。组蛋白变体在生殖发育中的重要性已有充分记录[20, 21, 22]。
组蛋白变体可以调节典型组蛋白的翻译后修饰（PTM）
正如Murphy和Berger所提出的[25]，多项证据表明组蛋白变体在维持表观基因组稳态中起着核心作用。组蛋白变体的扰动会显著影响多种表观遗传状态的位置和丰度[9,14,21,26, 27, 28, 29]。组蛋白变体往往缺乏能够进行翻译后修饰的残基[9]，或者无法与组蛋白修饰酶相互作用[30,31]。例如，H4.V的尾部具有无法进行翻译后修饰的残基变异。
组蛋白变体是应激依赖性转录反应的基石
组蛋白变体通过多种方式引发转录反应。组蛋白变体H2A.Z在所有已知的真核生物和物种中都保持保守。H2A.Z具有保守的位置效应。对H2A.Z在植物中的作用机制的详细研究表明，其转录位置的调节取决于其在基因中的相对整合位置[34,35]。
利用组蛋白变体进行染色质工程的前景
组蛋白变体界定了染色质并决定了其功能状态，从持续沉默的区域到持续表达的区域[28]。组蛋白变体通过直接调节染色质的生物物理特性或影响邻近组蛋白的修饰来影响基因表达。通过在大规模基因组范围内改变染色质状态来改变表达状态的能力为染色质工程提供了独特的前景。
资助
本工作得到了NCBS-TIFR核心资金的支持，印度政府原子能部资助，项目编号为RTI 4006（1303/3/2019/R&D-II/DAE/4749，日期为2020年7月16日）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
