拟南芥JAZ家族基因染色质状态分析揭示开花时间调控新机制

本研究针对植物JAZ基因家族调控机制不清的科学问题，通过整合DNase-seq、ChIP-seq等多组学数据，系统分析了拟南芥13个JAZ基因的染色质状态特征。研究发现JAZ5第二外显子区存在关键活性调控元件（DHSs和TF结合位点），其突变导致开花延迟；JAZ7启动子区抑制性特征解释了jaz7-1D（激活标签等位基因）与jaz7（功能缺失突变体）的表型差异。该研究为解析植物JA信号通路表观遗传调控提供了新视角。

　　

在植物生长发育过程中，茉莉酸- ZIM结构域（Jasmonate-ZIM domain, JAZ）蛋白作为茉莉酸（JA）信号通路的关键负调控因子，通过结合转录因子（TF）和招募共抑制子（如NINJA和TPL）来调控下游基因表达。尽管已有研究表明JAZ家族成员参与植物防御、叶片衰老等多种生理过程，但关于其表观遗传调控机制的研究仍存在巨大空白。特别是在染色质状态如何影响JAZ基因时空特异性表达这一科学问题上，现有认识十分有限。

中国农业大学的研究团队在《Plant Science》发表的研究中，创新性地利用植物染色质状态数据库（PCSD）整合DNase I超敏感位点测序（DNase-seq）、染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）等表观基因组数据，对拟南芥13个JAZ基因进行了系统分析。研究发现可将这些基因分为两组：第I组（如JAZ5）具有活性染色质标记（H3K4me3等），第II组（如JAZ7）则同时存在活性和抑制性标记（H3K27me3）。通过构建Ds转座子插入突变体和CRISPR/Cas9基因编辑株系，证实JAZ5第二外显子区的活性调控元件对开花时间具有决定性作用；而JAZ7启动子区的抑制性特征则解释了为何启动子区突变的jaz7-1D（激活标签等位基因）与外显子区突变的jaz7（功能缺失突变体）呈现相反表型。

关键技术方法包括：基于PCSD数据库的染色质状态注释、DNase-seq鉴定开放染色质区域、DAP-seq分析转录因子结合位点、Ds转poson插入和CRISPR/Cas9构建突变体，以及表型分析（重点关注开花时间）。

【Chromatin state analysis】
通过PCSD数据库将13个JAZ基因分为两组：第I组（JAZ1/2/3/4/5/9/10）呈现典型活性启动子特征（H3K4me3富集），第II组（JAZ6/7/8/11/12/13）同时携带活性标记和抑制性标记（如H3K27me3）。这种分组与基因表达模式和功能分化高度相关。

【Characterized Arabidopsis JAZ family genes】
选择JAZ5（第I组）和JAZ7（第II组）作为典型代表：

1. JAZ5第二外显子存在DNase I超敏感位点（DHS）和多个TF结合位点，实验证实该区域突变导致开花延迟；
2. JAZ7启动子区鉴定出抑制性染色质区域，这解释了jaz7-1D（激活标签等位基因）因破坏抑制元件而表现功能获得性表型，而jaz7突变体则呈现功能缺失表型。

【Discussion】
该研究首次建立了JAZ基因染色质状态与其生物学功能的直接关联：

1. 发现JAZ5第二外显子存在新型调控元件，拓展了对基因体内调控元件的认知；
2. 阐明JAZ7启动子区抑制性特征的生物学意义，为解释等位基因特异性表型提供了表观遗传学基础；
3. 建立的研究策略可推广至其他植物关键基因的调控机制解析。

这项研究不仅深化了对JA信号通路表观遗传调控的理解，其"染色质状态分析→调控元件预测→遗传验证"的研究范式更为植物功能基因组学研究提供了方法论参考。特别是关于基因体内调控元件（如JAZ5第二外显子区）功能的新发现，挑战了传统认为调控元件主要分布于启动子区的认知，具有重要的理论价值。