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郑术芝/孙大业团队在植物细胞内热信号转导机制研究中取得重大突破

发布时间：2022-11-03

全球气候变暖影响着人类生活生产的方方面面，特别是对农作物的生产带来挑战。系统研究并理解植物感受、传递并响应热激信号的机制对于认识植物的耐热机制至关重要，为作物耐高温遗传改良和新品种培育提供理论基础。由于植物细胞不同结构可以同时感受温度的变化导致对于植物细胞传递热信号的机制研究非常困难。

2022年11月2日，国际著名学术期刊 PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，美国科学院院刊；影响因子为12.799）在线发表了我校生命科学学院郑术芝/孙大业团队题为“HISTONE DEACETYLASE 9 transduces heat signal in plant cells”的研究论文。

团队研究发现，拟南芥组蛋白去乙酰化酶HDA9能够快速响应热信号，在热激处理5分钟内可看到明显的进入细胞核现象发生。HDA9在细胞核内的积累量依赖于温度变化，随着温度的升高（22℃到37℃）核内积累量呈现递增。细胞质中的HDA9可以发生可逆磷酸化来调节其蛋白稳定性。而热激促进HDA9与磷酸酶PP2A B’β相互作用，热激后HDA9的去磷酸化和入核依赖于磷酸酶PP2A。细胞生物学和遗传学实验结果表明，热激诱导的HDA9入核和发挥耐热功能依赖于核孔复合体蛋白HOS1。进入细胞核的HDA9可以与锌指结构转录因子YY1发生相互作用。在接受到热激信号后，HDA9进入细胞核结合在植物激素及生长发育相关基因上去除H3K9的乙酰化修饰，抑制此类基因表达，从而抑制植物的发育过程。同时，热激后HDA9可从HSP70.3、HSP17.4、HSP81.2等热激蛋白基因上解离下来激活基因的表达促进系统的植物热激反应，进而维持植物生长发育和热激响应之间的再平衡。这些研究结果揭示了HDA9介导的热信号从细胞质传递到细胞核并通过表观遗传修饰调控基因表达的新机制，为应对全球气温变暖培育耐高温品种作物提供了新的研究思路和方向。

本项研究成果是郑术芝/孙大业团队继发现组蛋白去甲基化酶JMJ13调控高温和光周期依赖的开花过程（Zheng et al., 2019 Nature Communications）后，针对表观遗传组蛋白修饰调控植物适应高温分子机制工作的又一篇研究论文。生命科学学院在读博士研究生牛艳肖、青年教师白蛟腾博士、刘昕晔博士，以及河北农业大学-河北师范大学联合培养博士研究生张昊为该论文的共同第一作者。生命科学学院郑术芝副教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北省自然科学基金杰出青年基金项目、河北省高水平人才团队建设专项、河北省自然科学基金创新群体等项目的资助。