近日，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所栽培與生理創(chuàng)新團隊揭示了組蛋白H3賴氨酸4三甲基化(H3K4me3)調(diào)控黃瓜維持獲得耐冷性的分子調(diào)控機制。以“RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOG 5.1 regulates H3K4me3 deposition and transcription after cold priming in cucumber”為題，發(fā)表在植物學經(jīng)典國際期刊Plant Physiology雜志上。

      轉(zhuǎn)錄記憶與應激反應中特定的表觀遺傳重塑和染色質(zhì)標記物的變化有關(guān)。H3K4me3已被鑒定為熱、干旱、鹽脅迫等非生物脅迫環(huán)境下一些記憶基因的激活標記，并促進非生物脅迫記憶基因的轉(zhuǎn)錄。然而，H3K4me3如何在基因組水平調(diào)控冷脅迫記憶尚未在植物中報道，H3K4me3如何調(diào)控“持續(xù)誘導的冷記憶基因(memory)”與“非持續(xù)誘導的冷響應基因(NSI)”轉(zhuǎn)錄機制還不清楚。此外，前期研究表明，依賴RBOH的質(zhì)外體H₂O₂信號參與調(diào)節(jié)溫度脅迫記憶和增強植物對溫度脅迫的抗性（Plant Cell and Environment, 2018; Scientia Horticulturea, 2020; Antioxidants, 2022）。然而，目前尚不清楚哪些RBOH基因是調(diào)控“持續(xù)誘導的冷記憶基因”與“非持續(xù)誘導的冷響應基因”轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵基因，以及該RBOH 基因是否能夠在冷馴化后恢復過程中介導H3K4me3影響冷響應基因的轉(zhuǎn)錄。

      本研究發(fā)現(xiàn)，冷馴化改變了恢復階段下的memory基因和NSI基因的H3K4me3 沉積，而僅上調(diào)的memory基因的H3K4me3在恢復過程中表現(xiàn)出表觀遺傳記憶。然而，在基因組中，memory和NSI基因H3K4me3的Rank模式不依賴于冷馴化：memory基因H3K4me3的Rank模式總是有助于其轉(zhuǎn)錄模式的形成，NSI基因H3K4me3的Rank模式總是抑制其轉(zhuǎn)錄模式，表現(xiàn)出雙向調(diào)控冷馴化的轉(zhuǎn)錄機制，這種機制可能有助于黃瓜在脅迫記憶階段更好的平衡耐冷性和生長發(fā)育。

      進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在低溫馴化后恢復期間，CsRBOH5.1表達的短暫升高是黃瓜維持NADPH氧化酶活性和外質(zhì)體H2O2含量的必要條件，從而使黃瓜獲得耐冷性，增強維持獲得性耐冷性(MACT)。有趣的是，一些關(guān)鍵的H3K4me3甲基轉(zhuǎn)移酶基因的表達以及H3K4me3在memory基因上的積累依賴于CsRBOH5.1。令人驚訝的是，CsRBOH5.1幾乎是所有編碼基因在恢復過程中形成正常H3K4me3沉積模式所必需的，并且隨著恢復時間的延長，這種必要性更加明顯。此外，Csrboh5.1突變體的轉(zhuǎn)錄記憶完全喪失，約80%的NSI基因的轉(zhuǎn)錄模式被破壞。

      總之，這項研究首次在植物中發(fā)現(xiàn)H3K4me3雙向調(diào)控冷馴化，并發(fā)現(xiàn)CsRBOH5.1是調(diào)控H3K4me3沉積關(guān)鍵基因，進而影響冷響應基因的轉(zhuǎn)錄和冷馴化。本研究為脅迫記憶的研究提供了新的視角。

      中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，蔬菜生物育種國家重點實驗室，設(shè)施栽培課題組博士研究生狄清華、博士研究生周夢迪和李衍素研究員為并列第一作者，孫敏濤副研究員、于賢昌教授為共同通訊作者。本研究得到國家自然科學基金(No.32102462、No.32072652)資助；中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新計劃(CAAS-ASTIP-IVFCAAS);CAR-23- B05專項基金、農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室的支持。

原文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/doi/10.1093/plphys/kiae461/7745364?redirectedFrom=fulltext