aBIOTECH | 段成国课题组综述植物免疫调控中的表观遗传机制

为了抵御病原体的感染，植物进化出多种防御机制，包括病原体相关分子模式激活的免疫(pattern-triggered immunity, PTI)和效应因子激活的免疫(effector-triggered immunity, ETI)。近年来，越来越多的证据表明，表观遗传因子在植物防御机制中起着关键的调节作用。研究基于表观遗传机制的抗性策略为植物抗性育种提供了新的方向。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心段成国课题组在aBIOTECH发表了题为“Epigenetic Regulation of Plant Immunity: from Chromatin Codes to Plant Disease Resistance” （点击题目阅读全文）的综述论文。

文章首先总结了植物免疫响应的主要途径，以及下游的植物激素信号转导过程。水杨酸(SA)，茉莉酸(JA)和乙烯(ET)是被广泛研究的植物激素，在植物抵御病原菌方面发挥着关键作用。一般认为，SA参与营寄生病原体的防御，JA和ET主要参与营腐生病原菌的防御。SA和JA信号通路是相互拮抗的，而JA和ET信号通路是协同作用的。这些激素有着严格的信号转导途径，参与调控了大量防御分子的基因表达。

植物响应病原菌侵染的过程中会伴随着染色质环境的动态变化，进而影响防御基因的表达。作者总结了参与植物免疫调控的表观因子，包括组蛋白甲基化，组蛋白乙酰化，组蛋白泛素化等修饰的编写器（Writer）和擦除器（Eraser），以及DNA甲基转移酶和去甲基化酶对防御响应基因的调控机制。这些表观因子大多通过影响关键防御基因的转录水平或者影响R基因有效转录本的生成来参与植物免疫调控（图1-3）。

图1 表观因子与免疫基因的转录重编程

图2 组蛋白修饰在植物免疫调控中的作用

图3 DNA甲基化介导的R基因免疫调控

最后，作者提出表观遗传调控逐渐成为克服生物胁迫的有效手段，并总结了应用于植物抗性育种的由表观遗传机制介导的作物抗病策略（图4）。作者认为，虽然许多染色质调控因子已被证实在植物免疫中发挥作用，但报道的机制主要集中在染色质调控对植物免疫的影响。未来还应多关注病原体感染前后表观遗传因子的动态变化；表观调控因子在病原菌侵染后诱导植物反应的机制；植物如何在经历一段时间的防御后恢复到静息状态；以及植物如何将“胁迫记忆”传递给下一代、植物免疫记忆的表观marker等科学问题。对上述问题的深入解析将有助于全面理解植物免疫基因转录重编程的调控机制，并为开发表观遗传介导的植物抗病策略提供靶点和新的理论范式。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士生谢思思为论文第一作者，中国科学院分子植物科学卓越创新中心段成国研究员为该论文通讯作者。该研究得到了中国科学院战略先导项目和国家自然科学基金项目的资助。

阅读原文：https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-023-00101-z