染色质蛋白参与调控水稻磷平衡与生长的分子机制

　　

近日，浙江大学生命科学学院毛传澡课题组在New Phytologist上在线发表了题为Rice Chromatin Protein OsHMGB1 is involved in Phosphate Homeostasis and Plant Growth by Affecting Chromatin Accessibility的研究论文。该研究阐明了OsHMGB1作为染色质结构蛋白结合在基因的启动子上，通过促进一系列磷饥饿响应基因和生长相关基因的染色质可及性，介导基因表达，从而调控水稻体内磷稳态和植物生长。

磷 (P) 是植物生长发育和新陈代谢所必需的大量营养元素之一。植物主要吸收土壤中的无机磷酸盐 (Pi)，然而无机磷在土壤中移动性差且极易被固定，因此，低磷成为限制作物生长和产量的最常见非生物逆境之一。为了应对低磷环境，植物已进化出一系列生理和生化适应机制以提高磷吸收和利用效率。然而，磷信号通路在表观遗传层面上的调控机制知之甚少。

该研究发现并鉴定了一个高速泳动族蛋白OsHMGB1，利用反向遗传学和分子生物学手段研究了其在水稻中的生物学功能与作用机制。研究发现OsHMGB1转录水平和蛋白水平受低磷诱导。GUS报告基因和RT-qPCR分析结果表明OsHMGB1广泛地在根、茎、叶、花等各组织中表达，但在叶片中的表达量相对较高。亚细胞定位观察和免疫印迹分析显示OsHMGB1是一个细胞核定位的蛋白。利用基因编辑技术创制了Oshmgb1突变体，通过转基因构建了OsHMGB1过表达遗传材料。表型分析结果表明OsHMGB1调控磷浓度和植株生长。转录组测序(RNA-seq)与染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)联合分析显示OsHMGB1通过结合在基因启动子上影响一系列磷饥饿响应基因和生长相关基因的表达。进一步通过染色质开放性区域测序(ATAC-seq)分析发现OsHMGB1影响全基因组范围磷饥饿响应基因和生长相关基因的染色质可及性。综上，该研究揭示了一种植物适应低磷环境的重要的表观遗传机制，为作物磷高效吸收利用的遗传改良提供了新的理论基础。

OsHMGB1维持水稻磷平衡的工作模式图

浙江大学毛传澡教授课题组的博士生王燕为该论文的第一作者，毛传澡教授为通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划、国家基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19189