【农学院 马瑄/文/图】近日，我院作物遗传育种系马瑄博士与中国水稻所陈正庭博士及广西大学徐秋涛教授团队合作，在植物学TOP期刊New Phytologist(5年平均影响因子10.3)在线发表题为“An evolutionarily conserved histone modification H3K37ac activates gene transcription in response to salt stress in rice”的研究论文。马瑄博士为论文的第一作者，宁夏大学农学院和宁夏优势特色作物现代分子育种重点实验室为该论文的第一完成单位。
表观遗传学是指在DNA序列不变的情况下发生的可遗传变异，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰(如组蛋白乙酰化和甲基化)以及染色质重塑等。表观遗传调控对植物发育和环境适应性具有至关重要的作用。本研究鉴定到水稻组蛋白H3上一个新的赖氨酸(Lysine, K)乙酰化位点K37，并通过免疫印迹实验验证该修饰在拟南芥、烟草、玉米和水稻中具有高度的进化保守性。利用CUT&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation)技术结合高通量测序，作者绘制了水稻H3K37ac的全基因组修饰图谱，分析显示这种修饰主要富集在基因的转录起始位点附近，且与基因激活表达高度相关。进一步研究发现，盐胁迫可显著诱导水稻幼苗中H3K37ac修饰的富集，全基因组CUT&Tag测序分析显示盐胁迫下H3K37ac修饰水平整体升高。对这些修饰显著增加的基因进行基因本体(GO)富集分析，结果显示它们主要参与胁迫响应相关过程。
作者进一步鉴定出水稻中调控H3K37ac修饰水平的去乙酰化酶HDA705，体外酶活性分析显示该酶能够特异去除H3K37位点的乙酰化修饰。相较于野生型，水稻hda705突变体对盐胁迫的耐受性增强，基因表达分析显示该突变体中多个耐盐相关基因的表达显著上调，且这些基因上的H3K37ac修饰水平也显著增加。这表明HDA705通过调控H3K37ac修饰水平影响耐盐基因的表达，从而调控水稻的耐盐性。
图1.组蛋白去乙酰化酶HDA705通过介导H3K37ac乙酰化修饰调控水稻耐盐性
综上所述，该研究首次鉴定出一个进化上保守的组蛋白乙酰化修饰H3K37ac，并在水稻中发现可特异性去除该修饰的组蛋白去乙酰化酶HDA705，进一步研究揭示HDA705通过调控H3K37ac修饰水平进而影响水稻的耐盐性。该研究为利用分子设计育种策略创制耐盐碱水稻新种质提供了重要的理论依据和参考。
宁夏大学农学院马瑄博士为该文章的第一作者，广西大学农学院徐秋涛教授和中国水稻研究所陈正庭博士为文章的共同通讯作者，宁夏大学农学院林立昊副教授也参与了该研究工作。该研究受到国家自然科学基金项目和宁夏自然科学基金优秀青年项目的资助。
文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70855
