INO80染色质重塑复合体是真核生物中一类保守的多亚基蛋白复合体，通过ATP酶活性水解ATP产生的能量来改变染色质结构，从而调控基因表达、DNA复制和DNA损伤修复等过程。INO80蛋白主要由N端结构域 (NTD)、保守的HSA结构域和ATP酶结构域构成。NTD在不同物种中分化程度较高，已知的物种中特异的INO80结合亚基都结合在NTD。NTD缺失并不影响INO80的ATP酶活性，如何发挥调控功能尚不清楚。以往的研究表明，植物中INO80蛋白参与植物生长、开花以及热形态建成等多个重要生物学过程。然而，植物中对于INO80复合体的研究还有多个基本科学问题有待回答。比如:植物中INO80复合体具体由哪些组分构成？存在哪些植物特异的INO80亚基？这些亚基作用的分子机制如何？
该研究通过亲和纯化联合质谱分析的方法系统地鉴定了拟南芥中INO80复合体的组分。研究发现，拟南芥INO80复合体至少包含26种蛋白亚基，其中部分亚基与动物相应亚基同源，其它亚基（INB1、INB2A、INB2B和INB3）为植物所特有。有趣的是，组蛋白H3K4甲基转移酶ATX4和ATX5所形成的COMPASS复合体能够与INO80蛋白共纯化，形成植物INO80复合体中特有的ATX4/5-COMPASS模块，而同属于ATX家族的ATX1、ATX2和ATX3在植物中形成独立的COMPASS复合体，不与INO80复合体结合。进一步研究发现，ATX4/5-COMPASS复合体通过一个组蛋白去甲基化酶家族蛋白—JMJ24特异性的与INO80的NTD结合，且植物中特异亚基—INB蛋白也结合在INO80的NTD，而与动物INO80复合体亚基同源的其它蛋白则分别与INO80的三个结构域结合（图1）。
图1. 拟南芥INO80复合体亚基结合模式图
该研究表明，拟南芥INO80复合体的催化亚基INO80以及结合在INO80的NTD和ATP酶结构域的辅助亚基都能够促进植物的营养生长，它们的缺失会导致植株变小。与此一致，INO80的NTD及ATP酶结构域的缺失影响INO80转基因的互补功能，导致植株变小。这表明，在营养生长阶段，INO80复合体的NTD模块和ATP酶模块能够共同作用促进植物生长。在生殖生长阶段，NTD结构域及其结合亚基形成的NTD模块在短日照条件下抑制植物开花，而ATP酶结构域则促进植物开花。上述结果表明INO80的NTD具有不依赖ATP酶活性的调控作用，并对植物的正常生长发育以及开花至关重要。RNA-seq和H3K4me3 ChIP-seq分析结果显示，INO80的NTD能够通过其ATX4/5-COMPASS组分在特定靶基因上进行H3K4me3修饰，从而促进基因表达，且这一过程不依赖INO80的ATP酶活性（图2）。
图2. ATX4/5-COMPASS作为INO80的NTD结合模块促进基因表达
综上，该研究系统地鉴定了拟南芥中INO80复合体组分以及各亚基的结合模式，发现ATX4/5所形成的COMPASS复合体能够作为INO80的一个NTD结合模块，通过催化NTD特定靶基因位点的H3K4me3，从而促进基因表达。包括ATX4/5-COMPASS组分在内的NTD模块一方面与ATP酶模块协同作用促进植物生长；另一方面以不依赖ATP酶活性的方式在短日照下抑制植物过早开花（图2）。该研究揭示了植物在营养生长与生殖生长之间平衡的重要调控机制。
何新建课题组的博士研究生尚继云和鲁雨佳为本论文的共同第一作者，何新建研究员为通讯作者。其余作者包括陈涉研究员和蔡雪薇，苏银娜，冯超，李琳。该研究在北京生命科学研究所完成。
