拟南芥组蛋白变体H2A.Z调控ABA信号及非生物胁迫响应的功能和分子机制研究
批准号：
32100260
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
孙爱清
依托单位：
学科分类：
植物激素与生长调节物质
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
孙爱清
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
植物激素脱落酸（ABA）在非生物胁迫响应中具有重要的作用。我们前期研究表明拟南芥组蛋白变体H2A.Z的突变体表现出对ABA和盐胁迫超敏感的表型，并且一些ABA受体基因表达上调，显示H2A.Z介导的表观遗传机制在ABA信号传导及非生物胁迫响应中有重要功能。本项目拟在此基础上研究H2A.Z依赖ABA信号在基因组上的特异加载基因及其转录调控机制，进一步探索ABA信号对H2A.Z基因的反方向转录调控，揭示H2A.Z在ABA信号传导中的功能，建立H2A.Z精细调控ABA信号的分子机制模型。作为不依赖于DNA序列、灵活可逆的表观遗传调控机制，本项目所揭示的H2A.Z与ABA信号相互调控关系将为植物ABA信号传导和非生物胁迫响应提供重要的新视角。
英文摘要
Plant phytohormone abscisic acid (ABA) plays an important role in abiotic stress response. Our previous studies showed that the Arabidopsis histone H2A.Z mutants showed phenotypes hypersensitive to ABA and salt stress, and elevated transcription levels of ABA receptor genes, indicating that the epigenetic mechanism mediated by H2A.Z plays an important role in ABA signal transduction and abiotic stress response. This project intends to further explore the reverse transcriptional regulation of H2A.Z genes by the ABA signal, reveal the function of H2A. Z in ABA signal transduction, and establish the molecular mechanism model of H2A.Z in the precise regulation of ABA signal. As a flexible and reversible epigenetic regulation mechanism independent of DNA sequence, the relationship between H2A.Z and ABA signal revealed in this project will provide an important new perspective for ABA signal transduction and abiotic stress response in plants.
面对生长环境不适带来的胁迫，植物必须精确地调控胁迫响应和生长发育之间的平衡以最大化地提高生存和繁衍的机率。组蛋白变体H2A.Z是经典组蛋白H2A进化上通过序列改变产生的保守性变体，其加载到染色质上不依赖于DNA复制，在生物体面临内源或外源的刺激时在染色体上动态地加载/去加载，进而发挥重要的基因组调控功能。H2A.Z能够作为一个信号枢纽，影响拟南芥对各种外界条件如温度、病菌、光以及渗透压等的感知。然而，H2A.Z如何整合内源的生长和外源的胁迫信号，进而精细地调控植物的逆境响应-生长发育间的平衡还不明确。..本项目构建了拟南芥中H2A.Z的纯和三突变体h2a.z-kd，发现h2a.z-kd同时表现出auxin相关的生长发育表型以及ABA/胁迫相关表型，如h2a.z-kd种子的萌发对ABA/盐胁迫超敏感，而对干旱胁迫h2a.z-kd则表现出抗性。转录组分析表明在h2a.z-kd中大量胁迫相关基因呈现出显著的激活，这也与h2a.z-kd的表型相一致。进一步作者选取已报道参与auxin信号的H2A.Z靶点SMALL AUXIN UP RNAs (SAURs)作为研究对象。结果表明，与auxin通过H2A.Z的在SAURs上卸载从而激活基因的生物学过程相反，ABA通过H2A.Z在SAURs上的加载部分抑制了SAURs基因的转录。而SAURs的多突变体及过表达材料也分别表现出对ABA超敏感和不敏感的表型。此外，本项目还发现了调控H2A.Z基因转录的分子模块ARF-HB22/25-HTA9同样被ABA所抑制，这也与auxin对H2A.Z基因HTA9转录的调控作用相反。因此，植物通过H2A.Z组蛋白变体在SAURs位点的加载/卸载及H2A.Z基因转录激活/抑制，精细地调控了SAURs基因的表达，从而参与调控ABA-auxin之间的信号互作（图1）。..环境胁迫对植物的生长发育和全球的农业生产是巨大的威胁。植物激素脱落酸（ABA）和生长素（auxin）在植物的胁迫响应和生长发育平衡调控过程中发挥重要的作用。长期以来，二者的信号传递和互作一直是科学家关注的热点之一。本项目两项研究成果初步阐明了组蛋白变体H2A.Z精细调控拟南芥ABA-auxin信号互作和胁迫-生长平衡的具体分子机制，为高产抗逆的生产实践提供了相关的理论基础。
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