PNAS | HDA9调控植物热形态建成的新机制

来源：BioArt植物

全球变暖是近些年来备受关注的气候问题。气候变暖对农业生产有重大影响，研究表明，温度每升高1摄氏度，作物产量会下降10%。环境温度升高时，植物可通过调整生长发育（例如，叶片向上生长、下胚轴和叶柄伸长等），加大水分蒸腾，从而有效的降低自身温度，该过程被称为热形态建成（thermomorphogenesis），并依赖于植物激素生长素【1】。PIF4（PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR4）是介导热形态建成的关键转录因子，PIF4的转录水平会受到温度升高的诱导，并可以调控生长素生物合成相关基因的表达，进而做出适应性反应【2】。热形态建成还受到表观遗传调控。研究发现，组蛋白变体（histone variant）H2A.Z、组蛋白甲基化以及组蛋白去乙酰化都参与到植物的热形态建成过程【3-5】。

近日，PNAS在线发表了一篇题为HISTONE DEACETYLASE 9 stimulates auxin-dependent thermomorphogenesis in Arabidopsis thaliana by mediating H2A.Z depletion的研究论文，揭示了HDA9调控拟南芥热形态建成的分子机制。

该研究发现，HDA9对拟南芥热形态建成是必不可少的（hda9突变体的下胚轴伸长降低），可以缓解温度升高的影响，但是在避光条件下hda9的缺失不会影响下胚轴的伸长，这表明HDA9调控的热形态建成与“庇荫反应”不同。

该研究发现，升温会诱导生长素生物合成和信号传导相关基因的表达，但是hda9-1突变体株系中生长素生物合成基因YUC8的表达被抑制，这表明组蛋白去乙酰化对于YUC8的诱导表达是必不可少的，HDA9通过促进YUC8的转录和生长素的积累介导热形态发生。进一步的研究发现，在热形态建成过程中，HADA9介导H2A.Z组氨酸变体从YUC8核小体中的驱逐，这会促进YUC8染色质的开放性从而引起PIF4与YUC8的G-box的结合，并激活其表达，进而调控生长素生物合成和热形态建成。

Schematic model of proposed HDA9-mediated thermomorphogenesis regulation.

总之，该研究表明HDA9通过作用于H2A.Z组蛋白变体激活YUC8的转录，进而调节生长素合成和热形态建成。HDA9特异性热信号通路的发现为全球变暖条件下的作物耐热育种奠定了研究基础。

参考文献

【1】J. J. Casal, S. Balasubramanian, Thermomorphogenesis. Annu. Rev. Plant Biol. 70, 321– 346 (2019).

【2】M. A. Koini et al., High temperature-mediated adaptations in plant architecture require the bHLH transcription factor PIF4. Curr. Biol. 19, 408–413 (2009).

【3】S. V. Kumar, P. A. Wigge, H2A.Z-containing nucleosomes mediate the thermosensory response in Arabidopsis. Cell 140, 136–147 (2010).

【4】S. Cortijo et al., Transcriptional regulation of the ambient temperature response by H2A.Z-nucleosomes and HSF1 transcription factors in Arabidopsis. Mol. Plant 10, 1258–1273 (2017).

【5】C. Tasset et al., POWERDRESS-mediated histone deacetylation is essential for

thermomorphogenesis in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet. 14, e1007280 (2018).

原文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2019/11/21/1911694116