表觀遺傳學 (Epigenetics) 是指未經過 DNA 序列改變所引起的可遺傳的基因表達暨遺傳性狀的改變。表觀遺傳的分子機制包括 DNA 的甲基化，組蛋白的修飾以及染色質的重塑 (Chromatin remodeling) 等。植科所吳克強教授實驗室主要是以模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis)為研究對象，探討植物組蛋白去乙醯化酵素HDACs (Histone Deacetylases)參與調控植物生長發育的分子機制。組蛋白去乙醯化酵素是能將染色質的組蛋白賴氨酸(Lysine)上 ε-N-乙醯基（O=C-CH3）水解，可使得染色質的結構更加緊密，抑制基因表現。目前實驗室研究的方向如下：

1. 組蛋白去乙醯化酵素 HDA6 影響植物開花及葉片發育

　　在阿拉伯芥中目前已知開花時間會受到許多因子調控，其中 FLC (FLOWERING LOCUS C)是一個很重要的負調控轉錄因子，然而其相關的調控機制目前仍不清楚。本實驗室發現組蛋白去乙醯化酵素 HDA6 突變株呈現晚開花的狀況，有趣的是組蛋白去甲基化酵素 FLD 突變株也是晚開花，並且 HDA6 和 FLD 雙突變株比 HDA6 和FLD 單突變株更晚開花。進一步發現 HDA6 蛋白可以與FLD 蛋白相互作用，並結合在 FLC 的啟動子區域 (promoter region)，影響 FLC 基因表現， 達到調控開花時間的效果。此研究成果發表在國際著名期刊 《Plant Physiology》。

　　在不同植物中，葉片的型態外觀都不盡相同，先前研究發現 ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1) 及 AS2 蛋白會藉由調控 KNOX 基因家族影響葉片發育，但是其相關分子機制目前仍不清楚。本實驗室發現組蛋白去乙醯化酵素 HDA6 的突變株葉片邊緣會產生捲曲和鋸齒的性狀，且 KNOX 基因表現量明顯增加。進一步透過雙螢光互補(BiFC)和免疫共沉澱(Co-IP)等技術分析顯示，AS1 及 AS2 蛋白可以與HDA6 蛋白相互作用形成蛋白質複合體，調節 KNOX 家族基因的表達，造成植物葉片分化改變。這些結果顯示植物葉片的發育受到表觀遺傳的調控，產生各種不同型態的葉片外觀。此研究成果發表在國際著名期刊《PLoS Genetics》。

2. 組蛋白去乙醯化酵素 HDA15 影響葉綠素生合成以及光合作用

　　光是植物生長環境中相當重要的因子之一。植物可以透過不同光敏素的光接受體來感受自然環境中光的波長、強度、方向和光週期，調控從種子萌發到開花結果的整個植物生長發育。目前已知光敏素會和轉錄因子─光敏素結合因子 PIFs (Phytochrome Interating Factors) 結合，影響下游基因表現，調節包括葉綠素生合成以及光合作用，然而詳細的機制並不是很清楚。本實驗室發現組蛋白去乙醯化酵素 HDA15 可以和光敏素結合因子其中之一的 PIF3 結合，調控下游基因表現。在黑暗情況下，PIF3 會結合在其調控的基因啟動子，並和 HDA15 結合，透過HDA15 的去乙醯化作用將該基因染色質上的乙醯基移除，抑制該基因表現。光照後，光敏素會進入細胞核和 PIF3 結合，促使 PIF3 快速被蛋白酶體分解，同時HDA15 也會離開該基因，進而促進基因表現活化，包括葉綠素生合成以及光合作用。此研究成果發表在國際著名期刊《The Plant Cell》。

3. 組蛋白去乙醯化酵素 HDA6 調控轉錄子靜默(Transposon Silencing)的分子機制

　　本實驗室利用蛋白質體學的方式發現 HDA6 會和 DNA 甲基化酶 MET1 及組蛋白甲基轉移酵素 SUVH4, SUVH5, SUVH6 結合並進一步調控轉錄子。同時也發現在 HDA6 蛋白的 C 端(C-terminal region)有 2 個磷酸化位點，分別是絲氨酸 427 和 429 (S427 and S429)。模擬 HDA6 磷酸化後會發現 HDA6 酵素活性增強，然而若將磷酸化位點突變成丙胺酸(Alanine)，也就是讓 HDA6 無法磷酸化，則發現HDA6 無法與 SUVH5, SUVH6 結合。此研究成果發表在國際著名期刊《The Plant Cell》及《Plant Physiology》。

近年研究主題

• 植物生長發育的表觀遺傳(Epigenetic)機制

• 植物逆境反應的分子機制

• 植物基因表達及調控