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種子的出現使高等植物能夠在多樣的自然環境中得以廣泛生存和分布。產生高活力的種子從而在環境條件合適時迅速萌發并發育產生健壯的幼苗是高等植物繁衍的關鍵，也是農業生產中種子品質的重要指標。然而，目前尚不清楚在種子形成時，其萌發和胚后發育的能力是如何產生的。
2022年12月，中國科學院遺傳與發育生物學研究所姜丹華研究組在《Nature Communications》雜志上發表了題為” Histone H3.3 deposition in seed is essential for the post-embryonic developmental competence in Arabidopsis” (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35509-6)的研究論文，發現一個組蛋白H3的變體H3.3在染色質上的裝配是種子獲得萌發和胚后發育能力的關鍵，同時也分析了H3.3在其中可能發揮的調控機制，為進一步闡釋種子活力的形成機制提供了基礎。
通過對H3.3完全敲除的擬南芥突變體研究發現，該突變體能夠正常產生成熟的種子，且其形態和種子儲藏蛋白等指標均與野生型一致。然而h3.3突變體種子卻無法正常萌發，抑或是少數萌發的種子也在萌發后立即停止發育。分析H3.3在種子染色質上的分布發現其在成熟種子中具有特異的基因5’端/啟動子區和基因3’端均富集的分布模式，而在營養組織如幼苗中H3.3僅在基因3’端富集。H3.3對于成熟種子中染色質開放性的形成至關重要，其促進基因5’端/啟動子區的開放，從而使種子在萌發時感知環境以及胚后發育的基因能夠正常表達。此外，H3.3卻在基因3’端抑制染色質的開放性和基因上的異常轉錄 (cryptic transcription).
a. h3.3突變體喪失了胚后發育的能力
b. H3.3在種子中調控染色質開放性和基因轉錄的可能機制
上述研究揭示了植物通過組蛋白變體H3.3在種子中的特異裝配，從而“打開”染色質為其萌發和胚后發育做準備的機制。因此，在一定程度上H3.3具有類似先鋒因子在細胞命運調節中的作用。作為一種替代 (replacement) 組蛋白，H3.3在很多植物細胞的分化時均發生明顯富集。因此，H3.3可能是一個植物細胞命運決定的關鍵因子，對其作用機制的進一步解析將有助于植物再生等重大科學問題的探索。
中科院遺傳發育所的趙婷助理研究員、魯井云博士和張懷仁助理研究員為該論文的共同第一作者，姜丹華研究員為論文的通訊作者，Gregor Mendel Institute的Frédéric Berger 資深研究員也參與了研究工作。該研究得到了中科院先導、國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的資助。
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