植物特异性组蛋白赖氨酸去甲基化酶MtPKDM9B通过调控H3K27me3水平和共生基因的表达介导根瘤共生

root 提交于 周五, 09/18/2026 - 12:47
在氮限制条件下,豆科植物会与被称为根瘤菌的固氮细菌发生互作,从而形成一种新的器官——根瘤。该过程伴随着基因表达在不同层面上的显著变化。此前的研究表明,根瘤形成过程中组蛋白甲基化受到差异性调控。然而,参与这一调控的组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶尚未得到鉴定。本研究鉴定了蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中推定的组蛋白赖氨酸去甲基化酶MtPKDM9B。该酶存在可变剪接(AS)现象,且在根瘤共生过程中,其不同可变剪接变体在翻译水平上受到差异性调控。MtPKDM9B的敲低会损害根瘤菌的侵染、根瘤发育以及细菌的存活能力,并抑制豆血红蛋白编码基因MtLHB1的表达。MtPKDM9B是拟南芥EARLY FLOWERING 6(ELF6/AtPKDM9B)基因的推定直系同源基因,后者参与去除抑制性标记H2K27me3。结合ChIP-seq和RNA-seq实验发现,MtPKDM9B对于去除共生相关基因基因体内部或邻近区域的H3K27me3,以及响应根瘤菌而上调相应mRNA的过程是必需的,这些基因包括编码推定泛素连接酶MtPUB2、MYB转录因子MtMYB040和生长素缀合酶MtGH3(Gretchen Hagen 3)的基因。我们的研究结果阐明了这种植物特异性组蛋白赖氨酸去甲基化酶的可变剪接和翻译调控如何促进抑制性标记H3K27me3的去除,从而推动固氮功能性根瘤形成所需共生基因的转录激活。

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植物特异性组蛋白赖氨酸去甲基化酶 MtPKDM9B 通过调控 H3K27me3 水平及共生基因的表达介导根瘤共生

Milagros Ferrari,

Milagros Yacullo,

Soledad Traubenik,

Ezequiel Ibarra,

Flavio Antonio Blanco,

Mauricio Reynoso,

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Maria Eugenia Zanetti

doi:

https://doi.org/10.64898/2026.09.12.750751

Milagros Ferrari 1 IBBM-CONICET 与拉普拉塔国立大学(UNLP);

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Milagros Yacullo 2 IBBM-CONICET-UNLP;

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ezanetti{at}biol.unlp.edu.ar

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在氮限制条件下,豆科植物会与被称为根瘤菌的固氮细菌发生相互作用,从而形成一种新的器官——根瘤。这一过程伴随着基因表达的剧烈变化,并在不同层面上发挥作用。此前的一项研究显示,根瘤形成过程中组蛋白甲基化受到差异性调控。然而,参与这一调控的组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶尚未得到表征。本研究鉴定了蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中的推定组蛋白赖氨酸去甲基化酶 MtPKDM9B。该基因存在可变剪接(AS)现象,并且在根瘤共生过程中,其不同可变剪接变体在翻译水平上受到差异性调控。敲低 MtPKDM9B 会损害根瘤菌的侵染、根瘤发育、细菌活力以及豆血红蛋白编码基因 MtLHB1 的表达。MtPKDM9B 是拟南芥 EARLY FLOWERING 6(ELF6/AtPKDM9B)基因的推定直系同源基因;后者参与去除抑制性标记 H2K27me3。结合 ChIP-seq 和 RNA-seq 实验发现,MtPKDM9B 是根瘤菌响应过程中对共生基因附近区域或基因体内部的 H3K27me3 进行去甲基化,以及上调相应 mRNA 所必需的。这些基因包括编码推定泛素连接酶 MtPUB2、MYB 转录因子 MtMYB040 以及生长素缀合酶 MtGH3(Gretchen Hagen 3)的基因。我们的研究结果阐明了这种植物特异性组蛋白赖氨酸去甲基化酶的可变剪接和翻译调控如何促进抑制性标记 H3K27me3 的去除,从而激活共生基因的转录,最终促进具有固氮功能的根瘤形成。

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基金信息声明

国家研究、技术发展与创新促进署 PICT2019-00554, PICT2019-01970 PICT-2021-I-A-00170

科学、技术与创新部 RIBOLEG,CONVE-2023-100766842

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发布于 2026 年 9 月 17 日。

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Milagros Ferrari,

Milagros Yacullo,

Soledad Traubenik,

Ezequiel Ibarra,

Flavio Antonio Blanco,

Mauricio Reynoso,

Maria Eugenia Zanetti

bioRxiv

2026.09.12.750751;

doi:

https://doi.org/10.64898/2026.09.12.750751

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Milagros Ferrari,

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Soledad Traubenik,

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Maria Eugenia Zanetti

bioRxiv

2026.09.12.750751;

doi:

https://doi.org/10.64898/2026.09.12.750751


📄 原文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.12.750751v1?rss=1

🏷️ 组蛋白赖氨酸去甲基化酶 H3K27me3 可变剪接 根瘤共生 共生基因表达 蒺藜苜蓿