Plant Journal | 浙江大学寿惠霞课题组揭示水稻缺铁响应的表观遗传调控机制

责编 | 奕梵

铁（Fe）是植物必需的微量营养元素，缺铁对植物生长、产量和食物品质有重要影响。目前关于水稻缺铁的研究主要集中在调控铁稳态的功能基因的挖掘及基因调控关系方面，而表观遗传修饰在水稻响应缺铁环境时所扮演的角色尚不明确。

2021年5月12日，浙江大学寿惠霞课题组在The Plant Journal杂志在线发表了题为DNA methylation is involved in acclimation to iron deficiency in rice (Oryza sativa)的的研究论文，首次揭示了DNA超甲基化对于水稻适应缺铁环境的重要作用。

研究人员通过对在缺铁和正常环境下生长野生型水稻（WT）的根和地上组织进行全基因组甲基化测序（WGBS）分析发现，水稻在经历缺铁后会在基因附近产生大量以CHH类型为主的超甲基化区域，且普遍出现在转座子（TE）区域。

通过对缺铁响应基因的转录变化与DNA甲基化变化关联分析，研究人员进一步发现，调控铁响应基因的铁信号通路核心转录因子OsbHLH156和IRO2在缺铁条件下发生了显著的差异甲基化。

为了验证DNA甲基化变化在水稻应对缺铁环境的作用，研究人员通过外源施用DNA甲基转移酶抑制剂5-氮杂胞苷（Aza），研究了甲基化变化对缺铁水稻的生理和分子反应的影响。结果发现Aza处理使得水稻铁信号通路核心转录因子的DNA甲基化水平降低，植株生长和铁含量降低。考虑到Aza处理可能对水稻造成未知的毒性，本研究还针对全基因组CHH类型甲基化水平显著降低的osdrm2突变体进行了与Aza实验相同的表型分析和基因表达分析，结果支持了Aza处理的有效性和可靠性。

综上所述，该研究揭示了水稻通过提高特定区域DNA甲基化水平以适应缺铁环境的机制，并提出通过影响铁信号通路核心转录因子表达进而影响铁稳态的可能。该研究为培育抗缺铁水稻材料提供了新思路。

浙江大学博士研究生孙硕和朱佳美为本文共同第一作者，寿惠霞教授为通讯作者。澳大利亚拉筹伯大学James Whelan院士参与了该研究工作。该研究得到浙江省重点项目，科学技术部重点研发项目和教育部引智计划项目的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15318