生命科学学院罗克明教授团队揭示杨树花青素合成响应环境光照的表观遗传调控新机制

2018年9月16日，我校生命科学学院罗克明团队在《The Plant Journal》（植物杂志）在线发表了题为“Histone H3K9 demethylase JMJ25 epigenetically modulates anthocyanin biosynthesis in poplar” (组蛋白H3K9去甲基化酶JMJ25表观调控杨树花青素的生物合成）的研究论文。该研究通过反向遗传方法在木本植物毛白杨中发现了组蛋白去甲基酶在植物花青素合成响应环境光信号中的表观调控作用。

花青素是植物特有的次生代谢产物，广泛存在于植物花瓣、果实、茎和叶的表皮细胞中。在植物中，花青素不仅能够决定植物花、果实的颜色，还在抵御环境生物与非生物胁迫等方面有着重要的生理功能，其合成受到包括外界光照等环境因素的严格调控。在过去的几十年中，对花青素的生物合成途径和调节机制的研究已经取得了重大进展，然而，人们对于植物细胞内花青素的合成响应外界光照的变化的分子机制，以及表观遗传水平的调控是否参与该过程仍然知之甚少，仍需进一步研究。

罗克明团队通过反向遗传筛选发现了一个参与杨树花青素合成调控的新组蛋白去甲基酶，该因子与拟南芥中JmjC家族的IBM1类似，同属于特异性负责去除组蛋白H3K9位点上甲基的组蛋白去甲基酶JHDM2亚家族，命名为JMJ25。进一步的研究发现，杨树叶片中JMJ25的表达受到黑暗的诱导而在光下沉默。超量表达JMJ25引起杨树中花青素合成途径基因的表达抑制，并导致叶片中花青素含量的降低（图1）。 通过生化分析发现，黑暗中表达的JMJ25能够直接结合到花青素合成途径抑制因子MYB182基因的染色质上，通过动态调节其H3K9甲基化修饰的水平释放MYB182的表达。进一步利用CRISPR/Cas9技术敲出杨树内源的JMJ25编码基因，导致MYB182基因的染色质H3K9甲基化修饰不能被去除，其表达在黑暗条件下不能被激活，从而引起花青素异常合成和沉积于杨树叶片中。该研究阐明了组蛋白去甲基酶JMJ25通过直接改变MYB182的组蛋白修饰状态来控制其表达水平，参与植物细胞内的花青素合成响应环境光照条件变化的分子机制。同时，也首次揭示了动态的表观修饰在杨树花青素合成调控中的重要作用。

我校生命科学学院三峡库区生态与环境省部共建重点实验室青年教授范迪博士、博士生王显强该论文的共同第一作者，罗克明教授是通讯作者，硕士生汤小凤对论文做出了重要贡献，硕士生叶筱、任莎和王登辉参与了该论文研究工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本业务费等项目的资助，在西南大学独立完成。

（撰稿：范迪；编辑：刘文明）