Trends in Plant Scince | 植物胁迫的表观遗传记忆

植物可以适应不断变化的环境，以优化其适应性，并可能将它们所学到的知识传递给后代。与动物相反（动物的学习能力依赖于神经结构），植物的认知能力依赖于代谢记忆、遗传记忆和表观遗传记忆。当遭遇不利环境时，植物当代可以通过有丝分裂维持一种体细胞记忆，或可遗传给后代。表观遗传可以在不改变DNA序列的情况下调节信息的学习、存储和传递，表观遗传修饰也是植物记忆和遗忘能力的分子机制的关键因素，是植物智力的重要组成部分。

近日，意大利佛罗伦斯大学生物系Federico Martinelli在国际知名期刊发表了题为“Deep inside the epigenetic memories of stressed plants”的观点文章，阐述了植物感知、记忆，并提出在一定程度上将信息传递给后代以更有效地适应气候变化的能力的概念和观点。植物在第一次受到较温和的胁迫或诱导后，以更快和或更强烈的方式对生物和非生物胁迫作出反应的能力叫做植物Priming。植物Priming分三个阶段：（1）植物对第一次胁迫的反应或对引发细胞记忆的分子的反应；（2）恢复期；（3）触发细胞记忆并导致更快的应激反应的第二种应激。植物细胞记忆胁迫的能力与不同的机制有关，包括信号分子或代谢物的积累，调控蛋白的修饰，以及DNA甲基化和组蛋白翻译后修饰(HPTMs)等表观遗传过程，最近的研究表明表观遗传作为其中关键因素发挥作用（图1）。

图1 植物的表观遗传图谱

目前关于植物对环境胁迫的表观遗传调控网络研究仍处于起步阶段。已报道过许多参与表观遗传的蛋白或RNA，例如组蛋白去乙酰化控制组蛋白乙酰化的高度动态模式，从而调控染色质结构和基因表达来协调植物对非生物胁迫反应的多种细胞过程；RNA介导的DNA甲基化控制从头DNA甲基化的分子过程，在调节转座元件的活性和基因表达方面发挥着重要作用。从信号感知到生理效应，关键的参与者在遗传和表观遗传水平上紧密相连（图2）。

作者还具体阐述了胁迫诱导的表观遗传变化和胁迫适应之间的相互作用、植物繁殖过程中胁迫诱导表观遗传状态的传递、表观遗传在植物跨代适应中的作用，并提出不同的表观遗传机制是如何被激活和协调是未来研究的重点。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138522002667

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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