近日，我校徐秋涛/张积森课题组在国际期刊Cell Discovery上在线发表了题为“Lysine β-hydroxybutyrylation as a drought-responsive epigenetic mark in rice”的研究论文。该研究揭示了组蛋白赖氨酸β-羟基丁酰化修饰通过促进抗旱基因的表达从而调控水稻抗旱性的表观调控新机制。

蛋白质翻译后修饰是调控细胞生命活动的关键机制之一。近年来，随着质谱技术的进步，除经典的乙酰化、甲基化外，一系列新型修饰如巴豆酰化、β-羟基丁酰化（Kbhb）等相继被发现。其中，Kbhb在动物中已有大量研究。然而，在植物中，该修饰对干旱等非生物胁迫的调控机制，至今尚缺乏系统性的研究。本研究发现，干旱胁迫可诱导水稻中Kbhb修饰水平显著升高，包括组蛋白Kbhb修饰。进一步分析表明，组蛋白Kbhb与H3K4ac、H3K9ac等激活型组蛋白标记显著正相关，而与H3K9me2和H3K9me3等抑制性标记相关性较弱或呈负相关，表明Kbhb可能作为一种转录激活相关的表观标记发挥作用。

为阐明干旱胁迫下组蛋白Kbhb修饰对转录的调控作用，该研究首先分析了全基因组中组蛋白Kbhb修饰在干旱条件下的动态变化，发现干旱胁迫可显著诱导大量基因的组蛋白Kbhb修饰水平上调。进一步结合RNA-seq数据分析表明，共有629个基因的表达受组蛋白Kbhb直接调控，其中包括SIPP2C1、HOX24、DIAT和NF-YA76等多个已知抗旱基因。这一结果揭示，干旱胁迫下组蛋白Kbhb修饰通过激活关键抗旱基因的表达，从而增强水稻的抗旱性。

图1.组蛋白β-羟基丁酰化修饰调控水稻抗旱性的分子机制

为揭示干旱胁迫下Kbhb修饰的动态调控机制，该研究对水稻的Kbhb的特异性调控因子进行了挖掘，发现组蛋白去乙酰化酶HDA710能特异性去除组蛋白上Kbhb修饰。进一步结合体内、体外生化实验证实HDA710是Kbhb的关键负调控因子。在干旱条件下，HDA710功能缺失会导致抗旱基因位点上的Kbhb修饰积累以及转录激活，从而促进水稻植株的抗旱性。该研究系统揭示了Kbhb在水稻干旱胁迫响应中的调控机制。相关研究成果不仅拓展了植物表观遗传学的研究范畴，也为培育抗逆作物品种提供了新的理论依据。

本项研究工作得到了广西重大专项、八桂青年拔尖人才培养项目、广西杰出青年科学基金、广西大学高层次人才计划和青苗计划等项目的资助。