《The Plant Journal》：SDG26 integrates ABA-dependent and ABA-independent pathways to regulate cold stress responses in Arabidopsis via chromatin modification
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植物持续面临不利的环境条件，其中温度下降对生长和生产力构成重大威胁。为适应环境，植物演化出复杂的转录重编程机制。尽管已有多种冷响应途径被报道，但染色质水平调控（尤其是组蛋白修饰）的贡献仍知之甚少。研究人员鉴定出组蛋白甲基转移酶SET DOMAIN GROUP
植物持续面临不利的环境条件，其中温度下降对生长和生产力构成重大威胁。为适应环境，植物演化出复杂的转录重编程机制。尽管已有多种冷响应途径被报道，但染色质水平调控（尤其是组蛋白修饰）的贡献仍知之甚少。研究人员鉴定出组蛋白甲基转移酶SET DOMAIN GROUP 26（SDG26）为拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）冷胁迫应答的正向调控因子。研究显示，SDG26在转录水平上受冷诱导，并在转录后水平上被冷稳定化；其功能缺失会损害多种脱落酸（abscisic acid，ABA）相关表型。在分子水平上，SDG26通过直接结合染色质并沉积组蛋白H3第36位赖氨酸三甲基化（H3K36me3），促进冷响应基因（包括CBF-COR调节子成员）的表达。此外，SDG26调节ABA的生物合成、分解代谢和转运，从而促进ABA积累、气孔关闭及抗旱性。综上，研究结果揭示SDG26整合ABA依赖性与ABA非依赖性途径，精细调控拟南芥对非生物胁迫的响应。研究人员进一步将SDG26确立为一种染色质修饰因子，在特定基因座贡献于胁迫响应的H3K36me3富集。总之，这些发现将SDG26定位为基于染色质的枢纽，协调冷驯化与水分保存，从而增强植物抗逆性。
**论文解读：SDG26作为染色质枢纽整合ABA依赖与非ABA依赖途径调控拟南芥冷胁迫应答**
**一、研究背景与科学问题**
植物作为固着生物，必须持续适应波动的环境条件并抵御多种胁迫。低温胁迫严重制约植物生长和农业生产。植物演化出复杂的转录重编程机制以应对低温，但染色质水平调控，特别是组蛋白修饰在冷胁迫应答中的贡献尚不明确。组蛋白赖氨酸甲基化由组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histone lysine methyltransferases，HKMTs）催化，不直接改变染色质构象，而是作为特异性“阅读器”的招募平台，以情境依赖方式塑造转录结果。在拟南芥中已鉴定出约40个HKMTs，分为五类。SET结构域家族（SET DOMAIN GROUP，SDG）包含ABSENT、SMALL OR HOMEOTIC DISCS1（ASH1）和TRITHORAX（TRX）相关酶，通常通过H3K4和/或H3K36甲基化与转录激活相关。其中SDG26/ASHH1此前主要被研究其在开花时间调控中的作用。与同源基因SDG8/ASHH2、SDG7/ASHH3以及其他TRX亚家族成员（如ATX1/SDG27、SDG2/ATRX3、SDG25/ATXR7）的突变体不同，*sdg26*突变体表现出独特的晚花表型。SDG26既能通过参与多亚基复合物抑制*FLC*转录，也能通过H3K4和H3K36三甲基化激活开花整合子*SOC1*，表明其是一种依赖于基因组环境和/或互作蛋白而兼具抑制或激活双重功能的染色质修饰因子。虽然大多数研究聚焦于开花转变，但新兴证据显示SDG26还参与前体mRNA剪接、毛状体发育和DNA损伤响应。此前对* sdg26*突变体的转录组分析显示，近三分之一的差异表达基因与胁迫响应相关；计算机分析提示SDG26表达对冷、旱、盐具有胁迫响应性，且其启动子含有WRKY转录因子结合位点W-box。公开转录组数据也显示SDG26转录本在非生物胁迫下诱导。这些观察提出SDG26可能超越发育功能而参与胁迫适应的可能性。因此，研究人员开展了本研究，旨在阐明SDG26在冷胁迫应答中的功能及分子机制。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员通过系统实验证明SDG26是拟南芥冷胁迫应答的关键调控因子。SDG26的转录受冷、盐和干旱胁迫诱导，其蛋白丰度在冷处理下被稳定化。在分子水平上，SDG26通过CBF-COR途径和ABA稳态调节一部分冷响应基因。SDG26功能缺失损害ABA积累、延迟冷诱导的气孔关闭并降低种子休眠，但矛盾地增强冻耐受性而削弱抗旱性。研究确立了SDG26作为基于染色质的ABA依赖与非ABA依赖途径整合因子，强调其在微调胁迫适应和协调多种非生物胁迫响应中的作用。
**三、关键技术与方法**
研究人员使用了以下关键技术方法：①利用RT-qPCR、GUS染色和原位杂交分析SDG26的组织表达及胁迫响应；②通过免疫印迹检测SDG26蛋白在冷胁迫下的积累，并结合亚细胞定位观察；③采用染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）检测SDG26在靶基因染色质上的结合以及H3K36me3、H3K4me3等组蛋白修饰水平；④通过遗传杂交构建* sdg26-1 soc1-2*双突变体和转基因互补株系（*pSDG26-GUS*、*p+gSDG26-MYC*、*p35S::SDG26-GFP*），表型分析包括气孔开度、干旱存活率、失水速率、种子萌发和冻耐受性；⑤利用UPLC-MS/MS定量ABA和茉莉酸（JA）含量。样本材料均为哥伦比亚生态型（Col-0）背景的拟南芥。
**四、研究结果**
**1. SDG26受多种非生物胁迫诱导，但不受胁迫相关植物激素直接诱导**
RT-qPCR显示SDG26转录本在各器官和昼夜节律中稳定。冷、干旱和盐处理均诱导SDG26转录本适度但显著地瞬时增加。然而ABA、ACC、激动素、水杨酸和茉莉酸甲酯处理不诱导其表达。冷处理增强pSDG26-GUS株系的GUS染色。免疫印迹显示冷暴露期间SDG26蛋白逐渐积累。亚细胞定位不受冷胁迫影响，SDG26-GFP始终定位于细胞核。这表明SDG26作为上游染色质调控因子，主要响应环境信号而非激素信号。
**2. SDG26直接结合冷相关基因并调控其转录**
在冷胁迫下，*SOC1*在Col-0和*sdg26-1*中均被诱导，但*sdg26-1*中的诱导程度降低。ChIP-qPCR显示，冷处理后SDG26在*SOC1*染色质上的占据未改变，但H3K4me3水平增加，H3K36me3水平在*sdg26-1*中低于Col-0。此外，尽管*sdg26-1*中*SOC1*表达降低，*CBF*及其靶基因*COR15A*、*RD29A*、*KIN1*、*KIN2*在冷诱导下的表达也弱于Col-0。ChIP-qPCR显示冷处理后SDG26在*CBF1-3*染色质上的富集增加，且*CBF1*位点的H3K36me3水平在*sdg26-1*中降低并表现出冷诱导缺陷。这些结果表明SDG26通过直接激活*CBF*基因座（经H3K36me3沉积）同时正向调控*SOC1*（*CBF*抑制因子），双重作用精细调节冷响应。
**3. SDG26在ABA稳态中发挥作用**
*RD29B*和*RD22*（ABA依赖但CBF独立的冷响应基因）在*sdg26-1*和*sdg26soc1*中冷诱导显著减弱。激素定量显示，*sdg26-1*和*sdg26soc1*在常温和冷处理下的ABA含量显著低于Col-0和*soc1-2*，而JA水平无差异。对ABA稳态基因的qRT-PCR分析表明，*sdg26-1*中ABA生物合成基因（*ABA1*、*ABA4*、*NCED5*、*NCED6*、*ABA2*、*AAO3*）下调，ABA外排转运体*ABCG25*下调，而ABA内运转运体*ABCG40*和β-葡萄糖苷酶基因*AtBG1*上调，ABA分解代谢基因*CYP707A3*和*CYP707A4*上调。这些失调在* p+gSDG26-MYC*互补株系中恢复。ChIP分析显示*ABA1*基因5'区域存在SDG26结合，且H3K36me3水平在*sdg26-1*中降低。表明SDG26通过转录调控ABA合成、转运和降解相关基因影响ABA稳态。
**4. SDG26调控ABA依赖性生理表型**
在21°C下各基因型气孔开闭比例相似，但冷胁迫下*sdg26-1*和*sdg26soc1*的关闭气孔比例显著低于Col-0，表明冷诱导气孔关闭受损。干旱胁迫下，*sdg26-1*和*sdg26soc1*存活率更低，离体叶片失水更快。种子萌发实验中，层积处理后各基因型萌发一致，但未层积的*sdg26-1*和*sdg26soc1*种子萌发更快，表明种子休眠降低。冻处理结果显示，*sdg26-1*的存活率与*soc1-2*无统计差异，且显著高于Col-0。尽管*CBF-COR*诱导和ABA稳态受损，*sdg26*缺失反而提高冻耐受，提示存在其他CBF和ABA独立机制。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出SDG26属于TrxG家族，其表达模式与SDG8、SDG2等有重叠也有差异。SDG26在冷胁迫下不由激素直接诱导，但其蛋白水平增加，核定位不变。SDG26在*SOC1*染色质上的占据不随冷处理改变，提示其作用在于维持许可性染色质状态而非动态招募。SDG26直接结合*CBF*位点并在冷处理下增加占据和H3K36me3富集，说明其既通过*SOC1*（CBF抑制因子）又直接激活*CBF*基因，双重调节冷响应。SDG26还通过维持ABA稳态支持ABA介导的气孔关闭、抗旱性和种子休眠。*ABA1*和*ABA2*的下调可能与*sdg26*的晚花表型相关，且水稻中同源蛋白SDG708也促进开花，提示功能保守。ATX1与SDG26的互作可能协同调控ABA相关胁迫响应。SDG26还与其他H3K36甲基转移酶SDG8、SDG25协同建立基因座特异的H3K36me3景观，参与形成“转录抗性”染色质状态。最后，研究结论为：SDG26整合ABA依赖和ABA非依赖途径，通过染色质修饰（特别是H3K36me3沉积）直接调控冷响应基因和ABA稳态相关基因，协调冷驯化与水分保持，增强植物对多种非生物胁迫的抵抗力，是连接发育、激素信号和胁迫适应的关键染色质枢纽。
