研究發現植物光形態建成的表觀遺傳調控機制

　　光是植物光合作用的能量來源。作為重要的環境信號，光廣泛參與調控植物生長發育的各個階段。當植物幼苗出土見光后，光信號迅速激活光形態建成，表現為下胚軸生長抑制、子葉張開變綠以啟動光合作用。這是植物早期生長的關鍵性階段之一。植物在進化過程中形成復雜而精密的光信號轉導系統，通過精細調控光形態建成，實現對動態光環境的高效響應。

　　表觀遺傳修飾在調控植物生長發育及對環境的響應方面發揮重要作用。組蛋白共價修飾是表觀遺傳修飾的組成部分，能夠通過改變染色質狀態來影響基因表達。其中，組蛋白H3第27位賴氨酸的三甲基化（H3K27me3）是維持基因沉默的關鍵修飾。H3K27me3的動態調控在動植物細胞命運決定和生長發育過程中起到關鍵作用。

　　此前，中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風研究組在高等植物組蛋白修飾研究方面取得了一系列成果。但是，H3K27me3的動態調控是否響應光信號以及是否參與植物光形態建成尚不清楚。該團隊綜合運用染色質組學、轉錄組學、生物化學和遺傳學等研究手段，揭示了REF6參與擬南芥紅光信號轉導的分子機制，闡明了光受體、表觀遺傳修飾因子與轉錄因子協同調控基因表達以響應光信號的作用。

　　表型分析發現，在光照條件下，REF6功能缺失突變體表現出顯著的下胚軸矮化表型；而其他組蛋白H3K27me3去甲基化酶功能缺失突變體則無明顯表型變化，表明REF6在擬南芥光形態建成過程中發揮主效功能。進而，研究顯示，與黑暗條件相比，REF6在紅光下蛋白量顯著積累，表現出更強的H3K27去甲基化活性。在紅光照射下，REF6優先與光敏色素phyB的活性形式Pfr相互作用。這一相互作用增強了REF6的蛋白穩定性及其與染色質的結合能力，促進開放染色質狀態下細胞伸長相關基因的表達。進一步的研究發現，REF6與phyB-PIF4模塊協同調控下胚軸的光響應生長，確保植物在持續光照條件下能夠正常生長。

　　上述研究揭示了植物光環境響應的表觀遺傳調控機制，拓展了植物光形態建成的多維度調控網絡，闡明了光受體、表觀遺傳因子和轉錄因子通過協同作用以精細調控復雜多變光環境下的植物生長，深化了關于植物光信號轉導研究的認知。

　　3月10日，相關研究成果以The Arabidopsis demethylase REF6 physically interacts with phyB to promote hypocotyl elongation under red light為題，在線發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會會員項目、中國科協青年人才托舉工程項目的支持。