Mol Plant｜我室李绍清教授团队揭示组蛋白甲基化阅读器调控水稻抗病性与产量的表观遗传新机制

表观遗传修饰广泛存在于植物、动物和真菌中，在生命活动调控中发挥着重要作用。作为关键的表观遗传修饰形式之一，组蛋白甲基化的动态调控依赖于甲基转移酶、去甲基化酶和组蛋白阅读器三类核心因子。其中，组蛋白甲基化阅读器充当“分子解释器”，通过识别特定的甲基化标记，将复杂的组蛋白修饰信息转化为明确的功能输出，并传递给下游效应分子。相比甲基转移酶和去甲基化酶，组蛋白阅读器的生物学功能研究仍相对有限。目前，仅有少数组蛋白阅读器被报道参与植物生长发育或免疫反应调控。因此，系统解析植物组蛋白读取器的生物学功能及其分子机制，具有重要的科学意义。

近日，杂交水稻全国重点实验室的李绍清教授团队在Molecular Plant在线发表了题为“A histone methylation reader suppresses both disease resistance and tillering by facilitating H3K9me1-mediated gene silencing in rice”的研究论文。该研究发现，OsSHH5作为H3K9me1的阅读器，在调控水稻免疫反应、分蘖和产量方面发挥着关键作用，OsSHH5功能缺失可同时提高水稻的抗病性和产量。该研究揭示了一种新的表观遗传调控机制：组蛋白甲基化阅读器与转录因子协同作用，靶向特定基因并维持其组蛋白甲基化状态，从而调控水稻的重要农艺性状。

研究团队聚焦于水稻中一类包含SAWADEE结构域的基因，该结构域具有识别组蛋白甲基化修饰的能力。研究发现，OsSHH5（SAWADEE HOMEODOMAIN HOMOLOG 5）受到病原菌的强烈诱导表达，并通过抑制多重PTI（PAMP-triggered immunity）反应，负调控水稻的稻瘟病和白叶枯抗性。与此同时，OsSHH5还抑制水稻分蘖从而抑制水稻产量。进一步研究表明，在野生型黄华占中敲除OsSHH5，可同时提高水稻的抗病性和产量，且在病原菌侵染时，增产效应尤为明显（图1）。

分子机制研究发现，OsSHH5作为一种H3K9me1阅读器，通过招募H3K9甲基转移酶SDG733来调节水稻中的H3K9me1水平，进而沉默下游抗性和分蘖相关基因的表达，从而负调控水稻抗病性和产量。

进一步分析发现，在叶片中，OsSHH5依赖转录因子HPY1靶向抗性基因OsWAKg52和OsWRKY81的启动子，并通过招募SDG733维持H3K9me1修饰水平，从而表观抑制这些基因的表达，降低水稻抗病性。而在分蘖芽中，OsSHH5则依赖转录因子TCP19靶向分蘖基因OsNGR5的启动子，招募SDG733维持H3K9me1修饰，从而抑制其表达，限制水稻分蘖和产量（图2）。

武汉大学杂交水稻全国重点实验室范峰峰博士、刘曼曼博士和袁焕然博士（现在湖北中医药大学工作）为论文的共同第一作者，李绍清教授为通讯作者，王坤教授、陈香嵩教授和华南农业大学的储成才教授参与了部分研究工作。该研究得到国家自然科学基金、湖北省重点研究与开发项目、武汉东湖高新技术开发区揭榜挂帅项目和湖北洪山实验室的资助。