张劲松研究组发现受去甲基化修饰调控的大豆耐逆新机制

　　大豆是重要的粮、油、饲作物，能提供优质的植物蛋白质和食用油。我国大豆生产严重依赖进口，亩产不高、耕地总面积有限等因素严重制约了大豆产量的增加。中国幅员辽阔，有大量低盐碱或中轻度干旱的潜在耕地。如能培育抗盐抗旱又优质的大豆新品种，这些潜在耕地的利用将成为可能，对于保证粮食安全亦有重大意义。 

　　JIPB近日在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组题为“Zinc-finger protein GmZF351 improves both salt and drought stress tolerance in soybean”的研究论文（DOI:10.1111/jipb.13474）。该研究发现CCCH类锌指蛋白家族成员GmZF351，其编码基因原本在种子里特异表达，调控油脂合成和积累；在营养器官中它几乎处于"沉默"状态。然而当大豆遭遇环境胁迫时，GmZF351基因在根和叶中被"打开"，参与耐逆应答，提高大豆抗逆能力。GmZF351基因在营养器官中"打开"受组蛋白去甲基化酶GmJMJ30-1和GmJMJ30-2调控，对GmZF351位点附近的组蛋白H3K27me3进行去甲基化修饰，从而激活GmZF351基因。 

　　该研究首次解析了此类锌指蛋白所识别的顺式作用元件，包含两个CT(G/C)(T/A)AA元件的序列才能被识别结合。GmZF351的下游基因，无论参与脂肪酸合成还是参与植物抗逆，其启动子上都具有此类相同的作用元件。然而GmZF351在不同器官中所调控的下游基因却几乎是迥异的，它参与调控种子油脂积累和植株耐逆应答时所涉及的分子机制也截然不同的。 

　　对于植物而言，抵抗逆境并存活下来是十分耗能的，因而抗逆和产量(营养物质积累)在某种程度上存在相互矛盾，不过在作物栽培中并不能简单对二者进行取舍。GmZF351能同时促进油脂积累和植株抗逆；两方面调控机制彼此独立、互不干扰；不同的功能又具有组织和时空特异性。GmZF351基因功能的解析，暗示了作物在驯化过程中，对于生存和产量两个层面产生了某种平衡机制；也为进行大豆遗传改良，获得既优质又耐逆的新品种提供了重要的方向和依据，这正是这篇论文的新颖性之所在。 

　　张劲松研究组工作人员韦伟、福建农林大学讲师卢龙博士和遗传发育所毕业生卞潇华博士为该论文共同第一作者。张劲松研究员、陈受宜研究员和张万科副研究员为通讯作者。黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所的来永才研究员团队和黑龙江省农业科学院大豆研究所的满为群研究员等也参与了本项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金以及中国科学院重点项目等的资助。 


图：GmZF351调控大豆耐逆表型及分子机制