科學家揭示植物葉片衰老表觀遺傳學調控新機制

葉片衰老受到嚴苛的調控過程，是葉片發育的最後階段。葉片衰老時，葉綠素、核酸、脂類、蛋白質及其它高分子物質會被分解成營養物質，並會重新分配到生長旺盛的器官或貯存器官中。伴隨著葉片年齡的增長，大量葉片衰老相關基因會被誘導表達。研究發現很多葉片衰老相關基因的誘導表達與組蛋白第三亞基四號賴氨酸的三甲基化（H3K4me3）水平增高正相關，但其分子調控機制尚不清楚。

中國科學院植物研究所金京波研究組和中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風研究組合作研究，揭示了擬南芥JMJ16通過其組蛋白第三亞基四號賴氨酸（H3K4）去甲基化酶活性抑制植物葉片衰老的表觀遺傳學分子機制。H3K4me3水平是由組蛋白甲基轉移酶和組蛋白去甲基化酶協同調控的。研究人員發現一個JmjC功能域包含蛋白JMJ16的突變體具有葉片早衰表型。進一步研究發現，JMJ16具有H3K4組蛋白去甲基化酶活性，並通過其酶活性負調控葉片衰老；在成熟葉片中（葉片衰老前），JMJ16與2個葉片衰老的正調節因子WRKY53和SAG201基因組結合，並通過降低這些基因的H3K4me3水平，抑制這些基因的提前表達；而在葉片衰老起始葉片中，JMJ16蛋白水平急劇下降，導致這些基因的H3K4me3水平和轉錄水平增高，從而起始葉片衰老程序。

該研究於近日在線發表在國際學術期刊Plant Cell上。金京波研究組劉鵬、曹曉風研究組張率斌和中科院動物研究所研究員周兵為該論文的共同第一作者，金京波和曹曉風為該論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基因和中科院項目的支持。

JMJ16調控葉片衰老模式圖

來源：中國科學院植物研究所

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