本研究由北京生命科学研究所（National Institute of Biological Sciences, Beijing）的何新建（Xin‐Jian He）研究员团队主导完成。论文第一作者为郑浩（Hao Zheng），通讯作者为何新建。该研究成果于2026年发表在*Journal of Integrative Plant Biology*（《植物学报（英文版）》）上。
在真核生物中，组蛋白H3第4位赖氨酸（H3K4）的甲基化是一种与活跃转录密切相关的保守染色质修饰。其中，一甲基化（H3K4me1）主要富集在基因体，而二甲基化（H3K4me2）和三甲基化（H3K4me3）则多位于启动子附近。这种甲基化水平受组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶（histone demethylases）的动态调控。在拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）中，存在四个哺乳动物LSD1（Lysine-Specific Demethylase 1）的同源蛋白：LDL1、LDL2、LDL3和FLD。尽管这些组蛋白去甲基化酶已被广泛鉴定，但其酶活性如何被调控在很大程度上仍是未知的。此外，与动物界不同，植物缺乏经典的LSD1辅因子CoREST，且LSD家族蛋白不含可识别的Tower结构域，这暗示植物演化出了一套独特的调控机制。长期以来，学界认为LDL2与LDL1在多种生物学过程中功能冗余，但LDL2在其他物种（如水稻）中的同源物却表现出非冗余的开花调控功能。因此，阐明LDL2功能特异性的分子机制，对于理解开花时间的表观遗传调控至关重要。本研究旨在鉴定LDL2的互作蛋白，并探究其调控去甲基化酶活性及开花时间的分子机制。
为实现上述目标，研究团队设计并执行了一套系统性的研究流程，主要包括四个阶段：
鉴定与表征LDL2-MBD8蛋白复合体： 研究首先利用表达FLAG标签融合蛋白的拟南芥转基因植株，进行了亲和纯化联合质谱分析（AP-MS）。结果鉴定出MBD8，一个含推测的甲基-CpG结合结构域（Methyl-CpG-Binding Domain, MBD）的蛋白，是LDL2的特异性互作因子。随后的体外Pull-down实验证实，LDL2与MBD8之间存在直接相互作用。酵母双杂交（Yeast two-hybrid）实验进一步表明，MBD8特异性地与LDL2结合，而不与LDL1、LDL3或FLD结合，这揭示了LDL2区别于其同源蛋白的独特特征。为深入解析互作细节，研究者利用AlphaFold3预测了复合体结构，并构建了一系列截短体蛋白，通过酵母双杂交和Pull-down实验，最终确定LDL2的氨基氧化酶结构域（Amine Oxidase domain）与MBD8的N端和MBD结构域相互作用。
解析MBD8在拟南芥中对LDL2生物学功能的贡献： 研究团队利用拟南芥Col-0生态型中的*ibm1*、*ldl2*和mbd8 T-DNA插入单突变体，通过遗传杂交构建了*ibm1 mbd8*、*ibm1 ldl2*和*ldl2 mbd8*双突变体。表型分析显示，*ibm1*单突变体的发育缺陷在*ibm1 ldl2*双突变体中几乎完全被恢复，而在*ibm1 mbd8*双突变体中也得到显著但不完全的恢复，表明MBD8对于LDL2介导的*ibm1*发育缺陷至关重要。更为关键的是，在携带功能性*FRIGIDA*（*FRI*）位点的C24生态型中，利用CRISPR-Cas9技术敲除*LDL2*或*MBD8*均导致显著的开花延迟表型，这种晚花表型可通过回补野生型基因完全恢复。这有力证明了LDL2和MBD8共同促进C24生态型开花。
探究LDL2与MBD8在全基因组范围内协同调控基因表达和组蛋白去甲基化的功能： 为解析分子机制，研究者对野生型C24及*ldl2*和*mbd8*突变体幼苗进行了RNA测序（RNA-seq）。分析发现，大量差异表达基因（DEGs）在两个突变体中共同上调或下调，特别是关键的成花抑制因子*MAF1*、*MAF5*等显著上调，而成花促进因子*FT*和*SOC1*则显著下调。随后，通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）对H3K4me1和H3K4me2在基因组上的分布进行分析。结果显示，尽管全局水平变化不大，但大量基因在*ldl2*和*mbd8*突变体中表现出H3K4me1/me2富集增加，且两个突变体间有大量重叠。整合分析ChIP-seq和RNA-seq数据后，发现*MAF1*、*MAF4*和*MAF5*等成花抑制基因位点的H3K4me1和H3K4me2水平均显著升高。
验证LDL2-MBD8复合体在单子叶植物水稻中的功能保守性： 通过系统发育分析发现，*MBD8*同源基因仅在裸子植物和被子植物中出现，晚于*LDL2*同源基因。研究者在水稻（*Oryza sativa*）中鉴定出LDL2的同源物HD18和MBD8的同源物MBD708、MBD709、MBD715。AlphaFold3结构预测和Pull-down实验证实，这些蛋白也能组装成类似复合体。利用CRISPR-Cas9技术在粳稻日本晴背景下创制了*hd18*、*mbd708*、*mbd709*和*mbd715*单突变体及*mbd715 mbd709*双突变体，并进行开花时间统计和RNA-seq分析。
研究结果清晰地构建了一个从蛋白互作到表型、再到分子机制，最终上升到进化保守性的完整证据链。
首先，蛋白互作实验确立了MBD8是LDL2的特异性辅因子。AP-MS、Pull-down及酵母双杂交等实验无一例外地表明，LDL2能够形成一种其同源蛋白LDL1和FLD不具备的、包含MBD8的独特复合体。AlphaFold3的结构预测生动地展示了该复合体的互作界面，并暗示MBD8的结合可能通过变构效应促进LDL2催化口袋的开放，从而增强其对H3K4me1/me2底物的去甲基化活性。
其次，遗传学证据将生化互作与体内生物学功能紧密联系起来。在Col-0背景中，*ibm1 mbd8*双突变体对*ibm1*表型的部分恢复（图3a-d），直接证明了MBD8参与了LDL2依赖的生物学过程。更为重要的是，在C24生态型中，*ldl2*和*mbd8*单突变体表现出几乎无法区分的晚花表型（图3e-g），强有力地证明了LDL2-MBD8复合体在调控开花时间上的非冗余功能。该发现打破了以往认为LDL2仅与LDL1功能冗余的传统模型。
再次，组学数据揭示了复合体的分子功能靶点。RNA-seq和ChIP-seq数据的交叉分析揭示了由因到果的逻辑链条：由于*LDL2*或*MBD8*功能丧失，导致其靶基因（如*MAF1/4/5*）位点上H3K4me1/me2水平异常升高（ChIP-seq结果）；这种染色质修饰改变激活了这些成花抑制因子的转录（RNA-seq结果）；MAF蛋白积累后，作为转录抑制因子抑制了下游核心成花素基因*FT*和*SOC1*的表达；最终，*FT*和*SOC1*的表达量不足，无法有效启动成花转变，从而导致晚花表型。这一逻辑清晰地阐明了LDL2-MBD8复合体通过去除H3K4me1/me2抑制染色质标记，沉默成花抑制基因，从而促进开花的表观遗传调控途径。
最后，水稻研究验证了该机制在植物界中的进化保守性。尽管水稻的LDL2-MBD8类似复合体也通过抑制成花抑制因子、激活成花素基因*Hd3a*和*RFT1*来促进开花，但其具体调控的靶基因与拟南芥不同（如*CCT01*、*bZIP65*等）。这表明，LDL2-MBD8复合体的形成是一个古老的保守功能模块，但在不同物种中，它被整合进不同的基因调控网络，通过精细调控物种特异的发育程序，最终实现加速生殖生长这一共性功能。
本研究得出以下核心结论：MBD8作为组蛋白去甲基化酶LDL2的一个进化上保守的辅因子，与LDL2形成功能性蛋白复合体。该复合体在全基因组范围内协同介导H3K4me1和H3K4me2的去甲基化，并通过抑制*MAF*等成花抑制基因的表达，在拟南芥C24生态型中促进开花。在水稻中，一个类似的LDL2-MBD8复合体同样通过重塑基因表达程序来延迟开花。
本研究具有重要的科学价值：第一，它首次鉴定出MBD8是LDL2的关键辅因子，揭示了植物中LSD家族去甲基化酶的一种新颖且保守的活性调控机制，填补了该领域的知识空白。第二，它打破了LDL2功能冗余的传统观念，在特定遗传背景下（如C24）确立了LDL2-MBD8复合体在调控开花时间上的非冗余、独特功能，丰富了植物花期调控网络。第三，它揭示了表观遗传调控机制的进化保守性与可塑性：复合体的组装机制是保守的，但其调控的靶基因和整合的生物学途径却因物种而异。