有关拟南芥高温记忆的表观遗传机制研究取得重要进展

2019年2月20日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所何祖华研究组与中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组合作研究，揭示了一个正向反馈循环途径维持植物对高温的传代记忆的新机制。

通过生物化学、分子生物学和遗传学相结合的方法，该研究鉴定出一个F-box泛素连接酶SGIP1（SGS3-INTERACTING PROTEIN1） 参与降解SGS3蛋白。高温对SGIP1的上调表达同样具有传代记忆。对传代记忆机制的深入研究结果表明，高温能激活热激转录因子HEAT SHOCK TRANSCRIPTION FACTOR A2 (HSFA2)。HSFA2一方面能直接结合SGIP1启动子上的热激转录元件从而激活SGIP1的表达，进而通过降解SGS3蛋白抑制ta-siRNAs的产生，另一方面能直接结合H3K27me3去甲基化酶RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6（REF6）和染色质重塑因子BRAHMA（BRM）启动子上的热激转录元件从而激活REF6和BRM的表达。REF6和BRM的上调表达能反过来降低HSFA2位点上的H3K27me3修饰水平，从而降低H3K27me3对HSFA2转录的抑制作用；因此，REF6和HSFA2能形成一个正向反馈循环途径维持植物对高温的传代记忆。REF6-HSFA2反馈循环和ta-siRNAs含量的下降共同作用，上调了REF6/BRM/HSFA2和ta-siRNAs的共同靶标HEAT-INDUCED TAS1 TARGET 5 （HTT5）的表达，导致植物的早开花和感病性增加的表型。该研究揭示了一个由组蛋白去甲基化酶、染色质重塑因子、转录因子、泛素连接酶和小分子RNAs共同组成的复杂的表观调控网络参与植物对高温的传代记忆，促使植物提前开花同时以低抗病性为代价来保证植物能顺利繁衍和适应高温逆境。