摘要：

　　中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所研究人員近期在植物學(xué)權(quán)威期刊Plant Cell發(fā)表了論文，闡明組蛋白甲基化酶CAU1/PRMT5通過動態(tài)調(diào)控CAS的組蛋白甲基化程度，從而同步保衛(wèi)細胞的胞外鈣濃度變化和胞內(nèi)鈣振蕩，并進而調(diào)控氣孔運動和蒸騰速率。

　　植物學(xué)權(quán)威期刊Plant Cell近日在線發(fā)表了植物分子遺傳國家重點實驗室離子組學(xué)研究組題為“Arabidopsis histone methylase CAU1/PRMT5/SKB1 acts as an epigenetic suppressor of the calcium signaling gene CAS to mediate stomatal closure in response to extracellular calcium”的最新論文。該研究發(fā)現(xiàn)組蛋白甲基化酶CAU1/PRMT5通過動態(tài)調(diào)控CAS的組蛋白甲基化程度，從而同步保衛(wèi)細胞的胞外鈣濃度變化和胞內(nèi)鈣振蕩，并進而調(diào)控氣孔運動和蒸騰速率。

　　鈣作為植物的大量營養(yǎng)元素和信號分子，在蒸騰作用的推動下，通過長途轉(zhuǎn)運從根部進入地上部位。蒸騰速率隨環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化，由此運往地上部位的鈣也相應(yīng)變化。這種鈣濃度的變化通過誘導(dǎo)胞內(nèi)鈣振蕩，最終動態(tài)調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞的運動及蒸騰速率，使得植物體內(nèi)的水分平衡得以保持。該生理現(xiàn)象對于植物的環(huán)境適應(yīng)具有重要的作用，但是其相關(guān)的分子調(diào)控機理仍有待闡釋。

　　論文第一作者付艷蕾博士在龔繼明研究員指導(dǎo)下，通過高通量的離子組學(xué)篩選方法，從擬南芥快中子誘變突變體庫中篩選得到一個地上部分鈣累積量下降的突變體cau1，該突變體同時表現(xiàn)出氣孔閉合度增加及抗旱的表型。基因芯片分析表明cau1突變體中CAS基因的表達量顯著增加，而CAS作為胞外鈣信號途徑中一個重要的調(diào)節(jié)因子，對于同步胞外鈣濃度變化和胞內(nèi)鈣振蕩起著不可或缺的作用。進一步的研究表明CAU1編碼一個H4R3sme2類型的組蛋白甲基化酶，其通過與CAS的啟動子區(qū)結(jié)合，調(diào)節(jié)CAS啟動子區(qū)的組蛋白甲基化程度及CAS的表達量。當胞外鈣濃度增加時，CAU1蛋白水平下降，結(jié)合到CAS啟動子的CAU1分子數(shù)減少，使得CAS組蛋白的甲基化程度降低并解除對CAS基因表達的抑制，提高其表達量并導(dǎo)致氣孔關(guān)閉。氣孔關(guān)閉使得蒸騰速率，鈣向地上部位的轉(zhuǎn)移以及保衛(wèi)細胞外的鈣濃度得到降低。這種反饋循環(huán)調(diào)控使得植物能夠根據(jù)環(huán)境變化，動態(tài)調(diào)控氣孔運動并保持體內(nèi)的水分平衡，對于培育節(jié)水抗旱植物具有潛在應(yīng)用價值。