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科普｜植物如何修复逆境损伤

花匠小妙招
2024-10-12 21:15

植物是我们生态系统中不可分割的一部分，无论是净化空气质量还是在食物链中提供关键的食物来源，植物都是主要贡献者。但是，由于自然灾害和人为污染，植物不断受到各种环境压力的影响。了解植物的相对脆弱性和潜在的压力承受能力，有助于我们了解其在我们生态系统中的地位，以及我们可采取的保护措施。

保护植物遗传物质对保证植物的生存和繁殖至关重要。不仅要保护序列本身，还要保护遗传物质获得复制的途径。没有这一点，生物体就无法自我修复，也无法对环境变化作出反应，从而降低它们承受压力的能力。东京大学（Tokyo university）的Professor Sachihiro Matsunaga团队试图了解表观遗传机制在帮助修复受损DNA方面的作用。

拟南芥是生物学研究中常用的模式生物，尽管它不直接用于农业，但多亏了这种模式植物，我们知道醋可能有助于表观遗传保护作物免受干旱的破坏。Matsunaga教授和他的团队先前已经确认拟南芥中的RAD54是一种对染色质重塑特别是同源重组（HR）重要的蛋白质。通过HR过程，正常损伤的基因序列部分被打破，所有细胞都受到了纠正，保持了基因组的稳定性。然而，HR要求改变与染色质结合的DNA，使DNA可用到这些纠正过程中。这是染色质重塑，也是该团队的主要关注点。Matsunaga教授和他的团队希望进一步了解RAD54是如何招募和分离的。他们已经发现，RED54倾向于在植物损伤部位积累，所以他们现在想知道这种蛋白质积累的功能是什么？

研究小组通过免疫共沉淀法和质谱法从植物标本中分离出蛋白质。这揭示了RAD54作用机制的一些细节：RAD54在DNA断裂或其他损伤部位与组蛋白去甲基化酶LDL1相互作用。LDL1特异性地去甲基化H3 (H3K4me2)中的第4赖氨酸，H3是染色质中发现的四种组蛋白之一，因此LDL1的缺失导致DNA损伤位点RAD54的增加。在LDL1缺陷的LDL1突变体中，RAD54过量积累并阻塞HR。这意味着LDL1-RAD54的相互作用对拟南芥等植物HR的成功至关重要。

Matsunaga教授对他的研究的重要性作了一个极好的总结。他说：“与动物不同，植物是静止的，因此更容易受到环境压力的影响，如高温、干燥、病原体、寄生虫和恶劣的土壤条件。因为它们是静止的，不能逃离压力源，植物必须能够承受损害并有效地自我修复以保持健康。这些压力通过引起DNA损伤来抑制植物的发育和生长。因此，有效的DNA损伤反应是保证植物生长和存活的关键。我们的研究揭示了一种可能的表观遗传调控机制，可以改善植物的DNA的损伤反应。”

Source: Takeshi Hirakawa et al. (2019) LSD1-LIKE1-Mediated H3K4me2 Demethylation Is Required for Homologous Recombination Repair. Plant Physiology.
Reference: Tokyo Univ. of Science Scientists crack the code to improve stress tolerance in plants. Media Relations Tokyo Univ. of Science. 2 Aug. 2019. Web.

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