New Phytologist | 东北林业大学李伟研究组揭示杨树次生生长适应干旱环境的新机制
责编 | 王一
气候变化导致水资源短缺，这是影响森林生产力的主要环境因素之一。因此，增强树木的抗旱能力，对强化森林生态系统的适应性至关重要。表观遗传修饰在帮助植物抵御和适应环境变化中发挥着重要作用，尤其是组蛋白H3第4位赖氨酸的三甲基化（H3K4me3）修饰，已被证实可以激活干旱应答基因的转录，以应对干旱环境。然而，其具体的调控机制还尚不清楚。
2023年12月14日，东北林业大学李伟研究组在New Phytologist杂志上在线发表了题为A COMPASS histone H3K4 trimethyltransferase pentamer transactivates drought tolerance and growth/biomass production in Populus trichocarpa的研究论文。该研究明确了H3K4三甲基转移酶-COMPASS复合体如何精准定位到干旱应答基因，并激活其表达，从而提高杨树的耐旱性并优化其生长状态。
研究团队通过在杨树体内外进行的互作实验和甲基化酶活性分析，鉴定出杨树PtrSDG2-1–COMPASS复合体（简称为PtrSWRA，包括PtrSDG2-1–PtrWDR5a-1–PtrRbBP5-1–PtrASH2-2四个蛋白组成）。这个复合体不仅具有清晰的蛋白成员组成和结构，而且可以通过成员之间的相互作用，实现组蛋白H3K4的高水平三甲基化。当PtrSWRA复合体中缺少任何一个成员时，都会导致杨树H3K4me3修饰水平和耐旱性降低。这表明，PtrSWRA复合体所催化的H3K4me3修饰，对于维持杨树的耐旱性具有至关重要的作用。
通过ChIP-seq和RNA-seq数据的综合分析，我们发现在杨树干旱应答基因启动子区域中，ABRE元件呈现高度富集的特性。进一步研究发现，在干旱环境下，转录因子PtrAREB1和PtrSWRA复合体相互作用，形成一个蛋白五聚体，并将PtrSWRA复合体招募到PtrHoxs等干旱应答基因启动子的ABRE元件上，然后通过组蛋白甲基化修饰激活PtrHoxs基因的表达（图1），从而使杨树次生木质部中的导管数量增多，孔径减小，长度变短。这种细小且密集的导管结构，有助于降低由干旱引起的导管栓塞，从而提高杨树在干旱环境下的水分运输效率，并优化其生长状态。
图1 组蛋白甲基化与转录因子协同调控杨树次生生长适应干旱环境的分子模型
东北林业大学博士生张宝丰为该论文第一作者，李伟教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、中央高校和黑龙江省头雁行动计划等项目资助。
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19481
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