西南大学罗克明团队揭示次生壁生物合成的表观遗传调控机制学术资讯

来源：BioArt植物

细胞壁是存在于细胞膜外由复杂的多糖组成的厚壁（初生壁），是植物细胞区别于动物细胞的重要特征之一。当细胞停止伸长和扩张时，只有一些特殊的细胞可以在初生壁和质膜间合成次生壁。次生壁在植物的生长发育中起着重要的作用，如花药和荚果的开裂、机械支撑、水分运输和抵御病原菌的入侵等。此外，次生壁占植物生物量的很大部分，是重要的可再生生物能源。因此，解析次生壁合成的调控机制具有重要意义。

在过去的几十年中，遗传和分子研究表明，次生壁的生物合成受到多级转录调控网络的精确调控，其中几个NAC家族转录因子被鉴定为次生壁发育的开关基因：在拟南芥中， NST1和SND1两个NAC家族转录因子的同时突变特异的导致纤维细胞中次生细胞壁增厚的严重减少。NST1和SND1都与MYB46，MYB83和MYB103的启动子中的次生壁NAC结合元件（SNBE）位点结合，从而在纤维细胞中激活它们的表达，并开启细胞次生壁主要成分的生物合成。因此，如何在厚壁细胞次生壁合成过程中严格调控这些NAC主开关基因的表达对植物的生长发育至关重要。然而，关于调节次生壁生物合成的表观遗传机制知之甚少。

12月19日，西南大学生命科学学院罗克明教授团队在Nucleic Acids Research在线发表了题为Histone methyltransferase ATX1 dynamically regulates fiber secondary cell wall biosynthesis in Arabidopsis inflorescence stem的研究论文，揭示了组蛋白甲基转移酶ATX1在拟南芥花序茎中，通过动态调控关键基因的H3K4甲基化修饰来控制束间纤维细胞次生壁形成的功能和机制。

罗克明课题组发现，H3K4组蛋白甲基转移酶TRITHORAX1 (ATX1) 介导了拟南芥花序茎中束间纤维细胞次生壁发育的调节。全基因组分析显示，在茎发育过程中参与次生壁形成的基因表达上调主要受动态提高的H3K4三甲基化修饰水平的控制。在拟南芥所有H3K4me3的组蛋白甲基转移酶中，唯有 ATX1在茎的发育过程中特异的在束间纤维细胞中表达出来，并且ATX1的功能缺失突变导致了束间纤维次生壁的形成受损。遗传与分子结果表明，ATX1通过激活了次生壁NAC开关基因NST1和SND1的表达来正向调控次生壁的加厚。进一步分析显示，ATX1课直接结合NST1和SND1的染色质，并通过增加这些基因的H3K4me3水平，在茎发育的特定时期和细胞类型中来激活它们的表达。这些结果表明，ATX1在拟南芥茎发育过程中对束间纤维次生壁合成的调控起了重要的作用。