表观遗传学是对基因表达如何调控的复杂机制，涉及多种复杂的分子过程。尽管我们对基因如何通过在H3K27位置的组蛋白甲基化而被沉默有了比较清晰的理解，但重新激活这些被沉默基因的过程仍不明晰。最近，研究人员探索了一种模型植物生物中的表观遗传机制，揭示了一组保守性的蛋白质在基因激活与失活中起到至关重要的作用，增强了我们对表观遗传过程的理解。
生物学中最引人注目的发现之一是细胞具备动态调整基因表达的机制。这种在不改变底层DNA序列的情况下增强或抑制特定基因转录的能力，是所有生物体所必需的，从简单的单细胞生物到最复杂的植物和动物。
尽管我们对这些所谓的表观遗传过程的理解仍在不断发展，但特别是在多梳抑制复合体2（PRC2）方面，已经取得了显著的进展。PRC2是一种蛋白，在不同的植物中，它附着于特定的DNA序列，称为多梳响应元素（PREs），并用化学标记标记附近的组蛋白。这个被称为“H3K27的三甲基化（H3K27me3）”的标记基本上阻止了相邻基因转录为RNA，最终转变为蛋白质，从而使其沉默。然而，科学家尚未揭示PRC2沉默的基因是如何重新激活的。
最近，来自日本奈良科学技术大学（NAIST）的一支研究团队，在山口信义的带领下，发表了一项研究，旨在解决这一问题。该团队对基因修饰的拟南芥植物进行了广泛的实验，揭示了这些和其他生物中复杂的表观遗传过程的重要方面。
研究人员着重强调了含有Set结构域的蛋白7（SDG7），该蛋白因其在细胞质中调节蛋白质甲基化的功能而闻名。初步实验表明，SDG7也存在于细胞核中，这激发了进一步的研究。
通过对突变A. thaliana培养物的综合分析，研究人员发现了SDG7的新功能。发现这种蛋白可以结合到PREs，直接与PRC2竞争。值得注意的是，SDG7可以取代PRC2，阻止其维持H3K27me3标记。此外，SDG7通过甲基化H3K36引入一个活性组蛋白标记。一旦发生这种甲基化，SDG8和聚合酶相关因子1（PAF1）的蛋白对会将该活性标记扩散到整个基因中，从而成功激活基因。
从本质上讲，组蛋白位点H3K27和H3K36可以作为一个“开关”，允许基因表达的动态调控。“这种简单而优雅的H3K27和H3K36甲基化之间的对立分子开关非常适合植物发育过程中的表观遗传重编程，”山口解释道。“在许多开花植物中观察到的H3K27和H3K36甲基化之间的切换，表明SDGs和PRC2在PREs的竞争相互作用可能在涉及发育调节的各种植物物种中是普遍存在的。”
这项研究揭示了可能支撑无数植物和动物物种的复杂表观遗传机制，可能会在农业、园艺和农作中取得显著的进展。“我们预计我们的发现会引起植物生物学家和表观遗传学家的兴趣，因为表观遗传调控在发育和对环境变化的反应中在基因表达中扮演了重要的角色，”山口总结道。
