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(dòng)態(tài)調(diào)控CAS的組蛋白甲基化程度，從而同步保衛(wèi)細(xì)胞的胞外鈣濃度變化和胞內(nèi)鈣振蕩，并進(jìn)而調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)調(diào)控CAS的組蛋白甲基化程度，從而同步保衛(wèi)細(xì)胞的胞外鈣濃度變化和胞內(nèi)鈣振蕩，并進(jìn)而調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)和蒸騰速率。

　　鈣作為植物的大量營養(yǎng)元素和信號(hào)分子，在蒸騰作用的推動(dòng)下，通過長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)從根部進(jìn)入地上部位。蒸騰速率隨環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化，由此運(yùn)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jī)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(gè)地上部分鈣累積量下降的突變體cau1，該突變體同時(shí)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(dá)量顯著增加，而CAS作為胞外鈣信號(hào)途徑中一個(gè)重要的調(diào)節(jié)因子，對(duì)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(jìn)一步的研究表明CAU1編碼一個(gè)H4R3sme2類型的組蛋白甲基化酶，其通過與CAS的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，調(diào)節(jié)CAS啟動(dòng)子區(qū)的組蛋白甲基化程度及CAS的表達(dá)量。當(dāng)胞外鈣濃度增加時(shí)，CAU1蛋白水平下降，結(jié)合到CAS啟動(dòng)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(duì)CAS基因表達(dá)的抑制，提高其表達(dá)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(xì)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(dòng)態(tài)調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)并保持體內(nèi)的水分平衡，對(duì)于培育節(jié)水抗旱植物具有潛在應(yīng)用價(jià)值。