RrMYB2通过依赖于RrJMJ12的表观遗传修饰机制调控Rosa rugosa植物的干旱胁迫反应

《Plant Biotechnology Journal》：RrMYB2 Regulates Drought Stress via RrJMJ12-Dependent Epigenetic Modification in Rosa rugosa

抗旱分子机制研究：RrMYB2通过RrJMJ12调控PP2C基因表达

　　### 玫瑰耐旱性的分子机制研究：RrMYB2与RrJMJ12的协同作用

在农业生产中，干旱是一种严重影响植物生长和作物产量的重要非生物胁迫因子。全球范围内，由于气候变化导致的水资源短缺问题日益严重，干旱对植物造成的经济损失也在不断加剧。为了增强作物对干旱环境的适应能力，科学家们长期致力于研究植物在干旱胁迫下的生理和分子反应机制。其中，转录因子和表观遗传修饰在调控干旱响应中扮演了关键角色。近年来，越来越多的研究揭示了MYB转录因子在植物抗旱性中的重要功能，特别是在与植物激素信号通路的相互作用中。然而，对于玫瑰（*Rosa rugosa*）这种经济价值高、具有芳香花和药用价值的植物而言，其抗旱机制尚未被充分阐明。

本研究聚焦于玫瑰中的关键抗旱基因*RrMYB2*，并发现其通过与一个表观遗传修饰因子*RrJMJ12*形成蛋白复合物，调控了与干旱响应相关的*PP2C*基因表达。这一发现不仅拓展了我们对MYB转录因子在植物抗旱性中的作用机制的理解，也为玫瑰抗旱育种提供了新的思路。研究结果表明，*RrMYB2*在干旱胁迫下能够显著增强植物的耐旱能力，而*RrJMJ12*则作为其下游因子，通过抑制*PP2C*基因的表达，间接调控抗旱性。此外，*RrMYB2*与*RrJMJ12*的相互作用能够减少*RrJMJ12*对*PP2C*基因启动子中CTCTGYTY基序的结合，从而进一步降低这些基因的表达水平。这些分子机制在干旱条件下尤为显著，表明*RrMYB2*和*RrJMJ12*的协同作用在增强玫瑰抗旱性方面具有重要作用。

#### RrMYB2的功能验证

*RrMYB2*属于R2R3-MYB转录因子家族，这一家族在植物中广泛存在，尤其在应对各种胁迫反应中表现出重要的调控功能。通过在拟南芥中过表达*RrMYB2*，我们观察到转基因植株在干旱条件下表现出更强的生存能力和更低的叶片失水速率，说明*RrMYB2*在调控植物抗旱性方面具有积极作用。同时，*RrMYB2*的表达水平在干旱胁迫和ABA处理后显著上调，进一步验证了其在干旱响应中的关键地位。

在玫瑰中，通过*Agrobacterium rhizogenes*介导的转基因技术，我们构建了过表达和干扰表达的*RrMYB2*植株。实验结果表明，过表达*RrMYB2*的玫瑰植株在干旱条件下表现出更小的损伤和更高的叶绿素荧光效率，而干扰表达*RrMYB2*的植株则表现出更严重的损伤和更低的抗氧化酶活性。这说明*RrMYB2*能够通过促进抗氧化酶活性，减少活性氧（ROS）的积累，从而提高玫瑰的抗旱能力。此外，*RrMYB2*在根和叶片中表达水平较高，这可能与其在植物体内的关键调控作用有关。

#### RrJMJ12的作用机制

*RrJMJ12*是一种H3K27me3组蛋白去甲基化酶，其在干旱响应中的作用被本研究首次揭示。通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）和RNA测序分析，我们发现*RrJMJ12*的表达在干旱条件下显著上调，并且其与*RrMYB2*的相互作用能够显著影响*PP2C*基因的表达水平。具体而言，*RrJMJ12*通过结合CTCTGYTY基序，调控了*RrHAB1*、*RrHAB2*和*RrABI1*等*PP2C*基因的表达。然而，当*RrMYB2*与*RrJMJ12*形成复合物时，*RrJMJ12*对这些基序的结合能力被显著削弱，从而减少了*PP2C*基因的表达。

这一发现表明，*RrMYB2*通过与*RrJMJ12*的相互作用，能够抑制*PP2C*基因的表达，进而增强植物的抗旱性。进一步的实验验证了这一机制，包括EMSA和ChIP-qPCR实验，均表明*RrMYB2*与*RrJMJ12*的物理相互作用能够减少*RrJMJ12*对*PP2C*基因启动子中CTCTGYTY基序的结合。此外，在干旱条件下，*RrMYB2*与*RrJMJ12*的结合能力增强，进一步放大了这种抑制效应。这些结果表明，*RrMYB2*和*RrJMJ12*在抗旱调控中形成了一种协同机制，通过调控*PP2C*基因的表达水平，最终影响植物的抗旱能力。

#### 表观遗传修饰在抗旱中的作用

表观遗传修饰在植物应对干旱胁迫中发挥着重要作用，包括DNA甲基化、组蛋白甲基化、乙酰化和磷酸化等。这些修饰能够调控基因的表达，从而影响植物的生理反应和适应能力。例如，在拟南芥中，组蛋白甲基转移酶ATX1通过促进*NCED3*基因启动子区域的H3K4me3积累，从而增强其在干旱条件下的表达水平。而在水稻中，不同的组蛋白去乙酰化酶在应对非生物胁迫和植物激素信号通路时表现出不同的表达模式。

本研究发现，*RrJMJ12*通过调控*PP2C*基因的组蛋白修饰水平，影响了其表达。具体而言，*RrJMJ12*能够去甲基化H3K27me3标记，从而降低这些基因的表达水平。当*RrJMJ12*被沉默时，*PP2C*基因的表达水平显著上升，而过表达*RrJMJ12*则导致这些基因的表达水平下降。这表明，*RrJMJ12*在调控*PP2C*基因表达方面具有关键作用，并且其功能依赖于特定的组蛋白修饰模式。

#### RrMYB2与RrJMJ12的相互作用机制

*RrMYB2*与*RrJMJ12*的相互作用是本研究的核心发现之一。通过生物分子荧光互补（BiFC）和Pull-down实验，我们证实了两者之间的物理相互作用。进一步的实验表明，*RrMYB2*能够通过与*RrJMJ12*结合，减少后者对*PP2C*基因启动子中CTCTGYTY基序的结合能力，从而抑制这些基因的表达。这种抑制作用在干旱条件下更为显著，说明*RrMYB2*与*RrJMJ12*的协同作用在植物抗旱性中具有重要作用。

此外，我们还通过LUC活性检测和ChIP-qPCR实验验证了这一机制。在干旱条件下，*RrMYB2*与*RrJMJ12*的结合能力增强，导致*RrJMJ12*对CTCTGYTY基序的结合被进一步抑制。这一现象表明，*RrMYB2*与*RrJMJ12*形成的蛋白复合物能够有效地调控*PP2C*基因的表达，从而增强植物的抗旱能力。这些结果为理解植物抗旱性的分子机制提供了新的视角，并揭示了转录因子与表观遗传修饰因子之间的复杂相互作用。

#### 抗旱响应的调控网络

干旱胁迫会引发一系列生理和分子变化，包括气孔关闭、光合效率下降、生长抑制和细胞损伤等。为了增强植物的抗旱能力，植物通过多种机制优化水分利用效率并维持细胞稳态。这些机制包括激活抗氧化酶活性、调节渗透调节物质的积累、以及调控气孔的开闭等。在本研究中，我们发现*RrMYB2*能够通过抑制*PP2C*基因的表达，减少气孔的过度开放，从而提高植物的抗旱能力。同时，*RrMYB2*还能够通过促进抗氧化酶活性，减少活性氧的积累，进一步增强植物的抗逆能力。

此外，干旱胁迫还会引发植物激素信号通路的激活，尤其是脱落酸（ABA）信号通路。在拟南芥中，*AtMYB2*已被证明能够通过调控ABA信号通路中的关键基因，增强植物的抗旱性。本研究中，我们发现*RrMYB2*在干旱条件下显著上调，并且其表达水平与ABA信号通路中的基因表达密切相关。这表明，*RrMYB2*可能通过与ABA信号通路的相互作用，增强植物的抗旱能力。

#### 研究意义与未来展望

本研究揭示了*RrMYB2*和*RrJMJ12*在玫瑰抗旱性中的协同作用机制，为理解植物抗旱性的分子基础提供了新的思路。*RrMYB2*作为转录因子，能够通过与*RrJMJ12*的相互作用，调控*PP2C*基因的表达，从而增强植物的抗旱能力。这一发现不仅有助于揭示玫瑰抗旱性的调控网络，也为其他植物的抗旱性研究提供了参考。

未来的研究可以进一步探索*RrMYB2*和*RrJMJ12*在其他植物中的功能，以及它们与其他转录因子和表观遗传修饰因子之间的相互作用。此外，研究这些基因在不同环境条件下的表达模式，也有助于理解其在植物适应性中的作用。通过基因编辑技术，如CRISPR-Cas9，可以更精确地调控这些基因的表达，从而提高植物的抗旱能力。这些研究将为农业生产中抗旱作物的培育提供重要的理论支持和技术手段。