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幼苗出土后子叶绿化对植物通过光合作用启动自养生命周期至关重要。为揭示绿化相关基因染色质水平激活机制,研究发现拟南芥 HLS1 是组蛋白乙酰转移酶,通过介导 H3K9ac 和 H3K27ac 标记激活相关基因,还发现其与乙烯信号在绿化中的关联,为该领域提供新见解。
幼苗从土壤中出土后立即进行的绿化过程,对于植物通过光合作用启动自养生命周期至关重要。绿化过程依赖于一个复杂的转录网络,该网络精细调节叶绿素的生物合成并防止叶绿体的过早发育。本研究发现,拟南芥 HOOKLESS1(HLS1)是光诱导子叶绿化的关键调节因子。结果表明,HLS1 对于控制叶绿素生物合成和叶绿体发育的绿化相关基因的正确表达至关重要。HLS1 的缺失会严重破坏脱植基叶绿素(Pchlide)向叶绿素(Chlide)的转变,并损害黄化幼苗在光照下的活性氧(ROS)清除能力,导致灾难性的 ROS 爆发甚至光漂白。生化分析显示,HLS1 是一种组蛋白乙酰转移酶,可在多个绿化相关基因上介导组蛋白 H3 赖氨酸 9 乙酰化(H3K9ac)和组蛋白 H3 赖氨酸 27 乙酰化(H3K27ac)标记的沉积,从而促进其转录激活。遗传分析进一步证实,HLS1 对绿化过程的促进作用完全依赖于其组蛋白乙酰转移酶活性。此外,HLS1 的缺失还通过减少乙烯不敏感蛋白 3(ETHYLENE-INSENSITIVE 3)与原叶绿素酸酯氧化还原酶(POR)基因启动子区域的结合,中断了乙烯信号对绿化过程的促进作用,从而抑制了乙烯信号对 POR 基因表达的激活作用。总之,本研究表明,HLS1 通过对组蛋白进行乙酰化修饰来激活绿化相关基因,优化了幼苗在黑暗到光照转变过程中的叶绿素生物合成和叶绿体发育。