雷明光课题组揭示表观遗传学在低磷调控根系重构的机制

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一，但是土壤中可被植物直接吸收利用的磷不足，严重限制了农作物的产量。在模式植物拟南芥中的研究发现，低磷抑制主根伸长，促进侧根与根毛发育，改变根系构型，增强对土壤中磷的吸收能力。近年来越来越多的研究表明，DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传机制在植物响应环境胁迫的过程中起重要的调控作用。但是，表观遗传在低磷条件下根系重构中的作用机制一直不明确。

JIPB 近日在线发表了中科院分子植物卓越创新中心雷明光课题组题为“The Chromatin Remodeler BRAHMA Recruits HISTONE DEACETYLASE6 to Regulate Root Growth Inhibition in Response to Phosphate Starvation in Arabidopsis”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.‍13345）。该研究发现拟南芥中一个染色质重塑因子BRM通过蛋白-蛋白互作，募集去乙酰化酶HDA6，降低根系重塑关键基因LPR1/2 位点的组蛋白乙酰化水平。而低磷诱导BRM的降解，通过维持组蛋白乙酰化促进了LPR1/2基因的表达，抑制主根伸长。

LPR1/2是低磷下根系结构重构的关键因子，主要在根尖表达，可能参与了外界磷浓度的感知（Svistoonoff et al., 2007）。在缺磷条件下，LPR1/2从内质网移动到质外体空间，催化铁的氧化。铁氧化还原过程产生大量的活性氧，导致胼胝质在质外体的沉积，破坏了根顶端分生组织，抑制根的生长（Müller et al., 2015）。研究团队发现，低磷条件下染色质重塑因子BRM的部分功能缺失的突变体brm-3和brm-20的主根伸长区积累了过多的铁，影响了细胞的伸长。进一步研究发现，BRM 通过直接互作，招募去乙酰化酶HDA6，去除LPR1/2位点的组蛋白H3去乙酰化。而在低磷条件下，BRM通过26S蛋白酶体途径降解，抑制了HDA6在LPR1/2位点的富集，导致组蛋白H3乙酰化水平升高而促进基因表达，从而抑制主根的伸长。因此，该研究阐明了一个染色质重塑因子在调控低磷下根系重构中的重要作用，也揭示了表观遗传机制对植物响应环境胁迫的重要性。

博士生李涛和张如月是该论文的第一作者，雷明光研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金的支持。

转自：“iPlants”微信公众号

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