2026年2月16日，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董愛武教授課題組、劉兵青年研究員課題組與甘建華研究員課題組合作，在《自然通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了題為“H3K4me1 directs H3K36me2 and H3K36me3 deposition in land plants”的研究論文。該研究首次揭示了H3K4me1修飾在陸生植物中的獨特功能：H3K4me1可被特定閱讀蛋白所識別，進而招募H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶，促進H3K36me2和H3K36me3修飾的建立。

組蛋白翻譯后修飾（post-translational modifications, PTMs）在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并廣泛參與真核生物生長發(fā)育、環(huán)境響應(yīng)等多種生物學(xué)過程。PTMs由特定的“寫入”酶和“擦除”酶動態(tài)調(diào)控，并可被不同的“閱讀”蛋白所識別。其中，組蛋白H3第4位賴氨酸（H3K4）甲基化是研究最為深入的修飾之一，其不同修飾狀態(tài)（單甲基化、二甲基化、三甲基化）可分別標(biāo)記轉(zhuǎn)錄激活或抑制。哺乳動物中，H3K4單甲基化（H3K4me1）修飾已被證實是增強子的標(biāo)記，然而其在植物中的功能尚不明確。

為解答上述科學(xué)問題，選取了單細(xì)胞水生物萊茵衣藻、早期登陸物小立碗蘚以及開花植物擬南芥和水稻，進行表觀基因組分析，發(fā)現(xiàn)陸生植物中H3K4me1在全基因組范圍內(nèi)的分布模式及其與基因轉(zhuǎn)錄的相關(guān)性均呈現(xiàn)出獨特的特征，提示H3K4me1在陸生植物中可能具有不同于其他生物的功能（圖a）。為深入揭示H3K4me1在陸生植物中的功能，篩選到特異性識別H3K4me1的閱讀蛋白Ehd3（Early heading date 3）。晶體結(jié)構(gòu)解析表明，Ehd3通過其串聯(lián)PHD結(jié)構(gòu)域（tandem PHD finger domain）特異識別H3K4me1修飾，該識別模式與已知的PHD結(jié)構(gòu)域蛋白完全不同（圖b）。功能回復(fù)實驗顯示，突變Ehd3中識別H3K4me1的關(guān)鍵氨基酸無法挽救ehd3-1突變體的晚花表型，說明Ehd3對H3K4me1的識別為其發(fā)揮生物學(xué)功能所必需。進一步通過IP-MS等技術(shù)，鑒定到Ehd3的結(jié)合蛋白H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶SDG724（SET domain group 724）（圖c）。表型與組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，Ehd3或SDG724缺失均導(dǎo)致植物在生長發(fā)育、轉(zhuǎn)錄組及表觀基因組層面表現(xiàn)出相似的變化。整合Ehd3、SDG724和組蛋白修飾的ChIP-seq結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Ehd3、SDG724與H3K4me1修飾在全基因組范圍共定位；在ehd3-1，sdg724-1及ehd3 sdg724突變體中，H3K36me2/me3的全基因組分布發(fā)生一致性的全局改變（圖d）。體外酶活實驗進一步證明，SDG724的H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶活性依賴于Ehd3和H3K4me1的存在（圖e）。最后，跨物種組學(xué)分析顯示，在陸生植物中H3K4me1與H3K36me2/me3在全基因組水平上具有顯著的共定位特征。綜上所述，本研究系統(tǒng)闡明了H3K4me1在陸生植物中介導(dǎo)H3K36me2/me3建立的分子機制，揭示了H3K4me1在植物中具有與動物中完全不同的功能。

紹興大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院講師吳佳炳、復(fù)旦大學(xué)董愛武教授團隊博士研究生王嘉琛、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所副教授杜康兮以及泰州學(xué)院藥學(xué)院講師李穎平為本文共同第一作者。復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董愛武教授、劉兵青年研究員及甘建華研究員為共同通訊作者。復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院藍(lán)斐實驗室對本工作提供了重要支持。中國科學(xué)院上海高等研究院上海光源（SSRF）科學(xué)中心、國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施規(guī)模化蛋白質(zhì)制備系統(tǒng)為本研究提供了技術(shù)支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和西南作物基因資源發(fā)掘與利用國家重點實驗室開放課題項目的資助。

全文連接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69632-5

a.陸生植物中H3K4me1與基因表達呈現(xiàn)出獨特的相關(guān)性； b. Ehd3串聯(lián)PHD結(jié)構(gòu)域識別H3K4me1肽段的晶體結(jié)構(gòu)；c. Ehd3與H3K36甲基轉(zhuǎn)移酶SDG724存在相互作用； d.Ehd3或SDG724缺失導(dǎo)致H3K36me2/me3的分布模式發(fā)生全局變化； e.酶活實驗證實SDG724的甲基轉(zhuǎn)移酶活性依賴于Ehd3和H3K4me1； f. 陸生植物中H3K4me1與H3K36me2/me3共定位； g. H3K4me1在動、植物中具有不同的功能。