植物免疫新机制：组蛋白H3K9β-羟基丁酰化(H3K9bhb)介导的转录调控

本研究揭示了组蛋白H3K9β-羟基丁酰化(H3K9bhb)在植物免疫中的关键作用。研究人员通过多组学分析发现，外源β-羟基丁酸(BHB)可诱导H3K9bhb沉积，激活防御基因表达，显著增强水稻对稻瘟病、稻曲病等真菌病害的抗性。鉴定出OsSRT1/2和OsHDA705为H3K9bhb去修饰酶，并绘制了首个植物Kbhb修饰图谱（2159个位点）。该研究为作物抗病育种提供了新靶点，发表于《Nature Communications》。

　　

在植物与病原体的军备竞赛中，表观遗传调控犹如一把隐秘的钥匙。虽然组蛋白乙酰化(H3K9ac)等经典修饰已被广泛研究，但植物如何通过新型酰化修饰应对病原体入侵仍是未解之谜。尤其令人困惑的是，动物研究中发现的β-羟基丁酰化(Kbhb)修饰能否在植物免疫中发挥作用？这个问题的答案可能为作物抗病育种带来突破。

广西大学的研究团队在《Nature Communications》发表的研究解开了这个谜题。他们发现，当水稻遭遇稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)侵袭时，细胞内的β-羟基丁酸(BHB)含量显著上升，触发组蛋白H3第9位赖氨酸的β-羟基丁酰化(H3K9bhb)修饰。这种特殊的"分子标签"像烽火台般点亮防御基因的启动子区域，开启水稻的免疫防御系统。

研究团队运用了多项关键技术：通过ChIP-seq绘制全基因组H3K9bhb分布图谱，结合ATAC-seq分析染色质可及性变化；利用LC-MS/MS定量BHB代谢物；采用CRISPR/Cas9构建基因敲除突变体验证功能；并通过体外酶活实验鉴定去修饰酶。所有实验均采用生物学重复确保可靠性。

H3K9bhb的基因组特征
研究发现H3K9bhb主要富集在基因转录起始位点(TSS)，66.9%的标记基因仅含单个修饰位点。与转座子基因相比，蛋白编码基因的TSS区域修饰程度更高。有趣的是，长基因(>1kb)的修饰集中在TSS，而短基因(≤1kb)则延伸至基因体。

与H3K9ac的功能分化
虽然H3K9bhb与H3K9ac共享相同赖氨酸位点，但二者展现明显分工：H3K9ac主导发育代谢相关基因，而H3K9bhb特异性标记应激响应基因。ChIP-reChIP证实这两种修饰相互排斥，如同"分子开关"般交替出现。

表观遗传景观分析
通过整合H3K4ac、H3K4me³等修饰数据，发现H3K9bhb与活性标记正相关，与抑制性标记H3K9me²负相关。值得注意的是，部分基因同时携带H3K9bhb和H3K27me³修饰，形成"双价染色质"状态，可能作为应激响应的快速启动储备。

BHB诱导的免疫增强
外源BHB处理使水稻对三种主要真菌病害的抗性提升50%以上。机制上，BHB剂量依赖性地增加H3K9bhb水平，同时降低H3K9ac。ChIP-seq显示6766个基因修饰增强，其中防御相关通路最显著。例如细胞壁相关激酶OsWAK90的激活直接贡献抗病性，其突变体对稻瘟病敏感性增加。

病原感染中的动态调控
稻曲病菌感染1天后，宿主BHB含量激增，H3K9bhb全基因组水平升高，而H3K9ac保持稳定。238个基因同时出现修饰增强和表达上调，包括OsWRKY70、OsPAL4等已知抗病基因。这些基因在多种病原胁迫下均被激活，暗示H3K9bhb可能是植物免疫的"通用调节器"。

去修饰酶的鉴定
在筛选的HDAC突变体中，srt1、srt2和hda705显示最强的Kbhb积累。体外实验证实OsSRT2和OsHDA705具有直接去β-羟基丁酰化活性。hda705突变导致2971个基因修饰增强，这些基因富集于免疫应答通路，而H3K9ac调控的基因主要参与代谢发育，显示两种修饰的功能分离。

Kbhb修饰组图谱
研究鉴定了1128个Kbhb修饰蛋白，包括26个组蛋白位点。非组蛋白靶标主要分布在叶绿体(40.5%)和细胞质(31.6%)，参与光合作用、糖代谢等通路。免疫相关蛋白如OsRBOHB、OsMPK6的修饰提示Kbhb可能通过多层面调控防御反应。

这项研究首次系统阐释了H3K9bhb在植物免疫中的核心作用，建立了"代谢物-表观修饰-基因表达"的调控轴。发现BHB不仅能作为能源物质，还可通过修饰组蛋白"重编程"防御基因表达，这为开发新型抗病剂提供了理论依据。鉴定到的OsHDA705等去修饰酶可作为分子设计靶点，而全修饰图谱的绘制为植物表观遗传研究提供了宝贵资源。该成果将推动"代谢-表观-免疫"交叉领域的发展，为应对全球粮食安全挑战提供新思路。