Plant Physiol：中山大学李陈龙团队揭示种子休眠调控新机制

来源：BioArt植物

种子对高等植物的生存和分布至关重要。然而，很多物种的成熟种子即使在合适的萌发条件下也不能及时萌发，这种现象称为种子休眠。种子休眠是植物在长期的系统发育过程中获得的一种抵抗不良环境的适应性状。休眠的种子对于逆境的耐受性更强，同时也更容易进行长距离扩散与迁移，从而促进物种的繁衍。因此，种子休眠是调节种子萌发最佳时间和空间分布的有效方法。农业生产上对种子质量的一个判断标准是种子在不利条件下的萌发活力，高质量的种子即使在逆境条件下仍然能够保持高的萌发率并长出健壮的幼苗。因此，研究种子萌发与休眠调控机理在理论研究和生产应用上都具有重要的意义。

目前的研究发现植物激素脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）在控制种子休眠中共同起决定作用，种子休眠时间可能依赖于种子内部的ABA和GA的动态平衡。在种子休眠和萌发过程中，ABA主要在种子成熟过程中促进种子成熟、脱落以及维持随后的种子休眠过程以等待合适的萌发条件，而GA的主要作用是促进种子萌发。ABA是诱导种子休眠的主要激素。然而，目前人们对于种子中的ABA是如何维持在适当浓度下的分子机制还知之甚少。

近日，中山大学生命科学学院李陈龙教授课题组在Plant Physiology在线发表了题为The H3K27me3 demethylase RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6 suppresses seed dormancy by inducing ABA catabolism的研究论文，揭示了拟南芥组蛋白H3K27me3去甲基化酶REF6通过促进ABA降解来抑制种子休眠的机制。

该研究发现，组蛋白H3K27me3去甲基化酶REF6功能丧失突变体ref6-1种子具有比野生型更高的休眠表型（图1）。激素含量分析表明ref6-1种子中的内源ABA含量比野生型种子显著升高。在ref6-1背景中进一步敲除ABA合成的关键酶ABA2能够完全消除ref6-1种子休眠增强的表型。说明ref6-1种子休眠增强依赖于其种子内源的高浓度的ABA。

  图1：ref6-1种子休眠表型    

进一步分析发现REF6能够直接结合在两个重要的ABA分解代谢基因：CYP707A1和CYP707A3的基因组中的特定位点，并显著降低该位点的H3K27me3的水平，从而促进CYP707A1和CYP707A3的基因表达。在种子发育与萌发过程中，ref6-1的CYP707A1和CYP707A3的基因表达水平显著降低。而在ref6-1中过表达CYP707A1可以回补ref6-1种子休眠增强的表型。综上所述，该研究揭示了REF6介导的表观遗传机制调节种子休眠的分子机理（图2）。

图2：REF6调节种子休眠的机制模型

中山大学生命科学学院陈虎辉副研究员是论文第一作者，李陈龙教授为通讯作者。中山大学生命科学学院为第一完成单位。相关工作得到了国家自然科学基金项目和中央高校科研基本业务费的资助。