Hortic Res | 江汉大学植物营养与逆境生物学研究团队揭示了豌豆中组蛋白修饰图谱以及其协同调控代谢基因响应盐胁迫的机制

科技   2024-12-10 09:22   江苏  

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土壤盐碱化已成为限制作物生长、影响作物产量的主要因素之一。我国盐碱地面积约 9,913 万公顷,位于世界第三,占国土面积的10.3%,其中约有3.3千万公顷具有开发利用潜力,是我国耕地重要的后备资源。唤醒这片“沉睡”土地,是当下亟需解决的“卡脖子”问题之一。豌豆具有较强的耐盐性,作为食品、蔬菜、饲料、绿肥等多功能作物,其在现代生物遗传学中占有重要地位。但由于豌豆基因组的复杂性,极大限制了对豌豆耐盐分子机制的研究。


2024年11月,Horticulture Research在线发表了江汉大学植物营养与逆境生物学研究团队题为Genome-Wide Mapping of Main Histone Modifications and Coordination Regulation of Metabolic Genes under Salt Stress in Pea (Pisum sativum L) 的研究论文。


本研究用染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)系统地分析了豌豆(中豌11号)幼苗中四种经典组蛋白修饰(H3K4me3、H3K27me3、H3K9ac和H3K9me2),并全面解析了豌豆基因组中这些修饰的分布、组织和基因表达关系。基于这些主要的修饰,建立了全基因组调控元件、染色质状态和动力学的全景图谱,阐明了它们的相互作用,此外,本研究还在豌豆中发现了一种新的与豌豆的发育和应激反应有关的二价染色质状态(H3K9ac-H3K27me3)


图1 豌豆染色质状态和二价染色质状态特征。A.染色质状态中组蛋白标记的定义、缩写和组成。B.H3K27me3-H3K9ac-reChIP和H3K9ac-H3K27me3-reChIP的共同靶向基因。C.二价修饰基因的可视化峰图。D.豌豆基因组中二价修饰的分布。E.二价修饰基因表达水平分析。F.二价修饰基因的GO富集。

此外,本研究还重点研究了H3K4me3、H3K27me3、H3K9ac三种修饰豌豆盐胁迫下的转录调控作用。结合转录组学和代谢组学,进一步探索了这些组蛋白修饰对代谢积累的影响,特别是与盐胁迫后苯丙生物合成代谢有关。研究结果表明,这三种组蛋白修饰能够协同调控代谢基因来响应盐胁迫。


图2 苯丙烷生物合成途径的基因受组蛋白修饰的调节。A.对照和盐处理组DMGKEGG富集。。B.苯丙烷类生物合成途径中组蛋白修饰标记基因的代表性实例。C.RT-qPCRChIP-qPCR检测代谢基因的表达水平和组蛋白修饰富集情况。

总的来说,研究为豌豆中盐胁迫下组蛋白修饰、基因组转录和代谢变化之间的相互作用提供了全面的见解。

万何平副教授为第一作者和通讯作者曾长立教授和刘小云副教授为共同通讯作者。该研究得到湖北省自然科学基金项目和江汉大学一流学科专项资助。


团队介绍:

江汉大学植物营养与逆境生物学研究团队长期从事油菜、水稻、小麦、拟南芥等植物的营养高效和非生物胁迫(盐碱、高温、干旱、重金属等)抗性机理研究。近年来,团队承担和参与了国家重大科技专项、国家重点研发项目、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等课题20余项,先后在Molecular PlantNucleic Acids ResPlant CellPlant CommunicationsPlant Physiol Journal of Experimental Botany 等学术期刊上发表学术论文30余篇,申请专利4项,参与制定标准2项。


文章链接:

https://doi.org/10.1093/hr/uhae259‍


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About Horticulture Research

《园艺研究(英文)》Horticulture Research)是由南京农业大学主办的学术期刊,主要刊载园艺作物的基础和理论研究,包括遗传学、育种、组学和演化、园艺作物的起源及驯化、生物技术、生物化学、生理学和细胞与分子生物学,环境互作生物学等。科睿唯安JCR2023影响因子:7.6,位于园艺一区(第2/38名),植物科学一区(第13/265名),遗传学一区(第14/191名)。2023年中科院期刊分区:位于园艺小类一区,植物科学小类一区,遗传学小类一区,农林科学大类一区(Top期刊)。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

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特邀作者:万何平
编辑排版:王平、许怡瑶(实习)
审核:尹欢、孔敏

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