【New Phytologist】北京林大李中海组揭示一个新的调控叶片衰老的信号通路

近日，New Phytologist在线发表了北京林业大学生物科学与技术学院李中海课题组题为“Histone Variant HTB4 Delays Leaf Senescence by Epigenetic Control of Ib bHLH Transcription Factor-mediated Iron Homeostasis”的研究论文（https://doi.org/10.1111/nph.19008）。该研究发现了一个新的调控叶片衰老的信号通路，即HTB4-bHLH TFs-FRO2/IRT1-Fe稳态，为通过微调铁平衡控制叶片衰老提高作物产量/质量的提供了理论依据和技术支撑。

叶片是特异的进行光合作用的器官，植物投入了大量的能量和物质促进叶片生长。叶片衰老是植物叶片发育的最后一个阶段，一旦叶片开始衰老，叶片对整个植物体的贡献就开始下降。叶片衰老过程也是一个程序化的影响物质回收、循环利用的过程。叶片衰老受到各种复杂外源环境信号、内源植物激素以及叶片年龄等因素的影响和有序时空调控，是重要的发育生物学过程。外源环境信号中的非生物胁迫因素，如干旱、极端温度和营养缺乏，以及生物因素，如病原体感染，可以加速叶片的衰老过程。植物衰老的进程可以大幅度地影响农业生产的效益，比如粮食的产量及其品质，据在主要作物（玉米, 大豆、棉花、水稻、小麦）上的估算，后期功能叶片晚衰一天，产量可增加2-10％。因此，对植物叶片衰老的研究具有重要的理论意义和经济意义。

李中海课题组通过遗传筛选，发现组蛋白变体HTB4参与调控叶片衰老、叶片大小、株高以及开花等多个植物发育过程（图1）。功能缺失突变体htb4呈现出过早的叶片衰老表型，且功能回补能够将叶片衰老的表型恢复至野生型水平，表明HTB4是叶片衰老的负调控因子。

图1. HTB4是拟南芥叶片衰老的一个负调控因子

RNA-Seq分析发现参与调控铁稳态的Ib bHLH转录因子，包括bHLH038、bHLH039、bHLH100和bHLH101，在htb4突变体中被显著抑制，从而损害铁吸收过程的两个重要组分FRO2和IRT1的表达。突变体htb4中的铁含量也显著降低，外源施加铁延缓htb4的早衰老表型。生化分析发现，HTB4直接与Ib bHLH转录因子的启动子区域结合，并通过促进H3K4me3在其转录起始位点附近的富集来增强表达水平。遗传分析发现，过表达bHLH 转录因子或IRT1显著延缓htb4突变体的衰老进程。

李中海课题组长期致力于植物叶片衰老调控的分子机制研究以及在分子育种中的应用。搭建了叶片衰老研究生物信息学平台（Li et al., Nucleic Acids Research, 2020；Cao et al., Molecular Horticulture, 2022），揭示DNA损伤诱导植物叶片衰老的分子机制（Li et al., New Phytologist, 2020），揭示了植物衰老和植物免疫间的互作机制（Zhang et al., Molecular Plant, 2021），发现了林木秋季叶片衰老调控的新机制以及应用于林木分子育种（Wang et al., Plant Cell, 2021；Wang et al., JIPB, 2022），揭示了多肽类激素与经典植物激素互作进而调节叶片衰老的分子机制等（Zhang et al., New Phytologist, 2022）。本研究则揭示了组蛋白变体通过调控铁离子稳态来延缓叶片衰老的新机制（Yang et al., New Phytologist, 2023）。

博士研究生杨琦、已毕业的王婷硕士和在读硕士生曹婕为该论文共同第一作者，李中海教授为通讯作者。该研究课题得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及北京林业大学高层次人才计划等项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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