HIP1的乙酰化和去乙酰化修饰决定茉莉酸信号通路的关闭和开启

Currently, in the working model of Jasmonate (JA) signaling pathway, histone deacetylase HDA19 is supposed to be a repressor by deacetylating histone. Actually, we found that HDA19 positively regulates the expression of JA-responsive genes. Thus, we speculated that HDA19 may have other non-histone substrates to regulate JA signaling. To test this hypothesis, we screened HDA19-interacting proteins. We found that HIP1 (HDA19-Interacting protein 1) is a repressor of JA responses, and HDA19 deacetylates HIP1 to release its repression activity. Another HDA19-interacting protein HIP2 is an acetyltransferase which acetylates HIP1 to repress JA responses. These findings indicate that HIP2 and HDA19 regulate JA signaling by acetylating and deacetylating non-histone protein HIP1. In plants, the function and mechanism of acetylation in non-histone proteins remain unclear. In this application, we propose to elucidate the regulation mechanism of HIP1 acetylation and deacetylation in regulating JA-mediated defense responses. This study will provide novel insights into our understanding of plant immunity.

当前茉莉酸信号的工作模型认为，组蛋白去乙酰化酶HDA19通过对组蛋白的去乙酰化负向调控茉莉酸反应。而实际上，我们的研究发现HDA19正向地调控茉莉酸响应基因的表达。因而，我们推测除组蛋白外，HAD19一定还有其它的非组蛋白底物参与茉莉酸反应的调控！我们发现HAD19的互作蛋白HIP1 (HDA19 Interacting Protein 1)抑制茉莉酸反应，HDA19通过催化HIP1的去乙酰化解除这种抑制作用；而另一个HAD19的互作蛋白HIP2则是一个组蛋白乙酰基转移酶，通过催化HIP1的乙酰化促进HIP1的抑制作用。这表明HIP2和HDA19通过调控非组蛋白HIP1的乙酰化和去乙酰化来调控茉莉酸信号的关闭和开启，这种机制在植物中还鲜有报道。本申请以上述工作为基础，系统研究HIP1乙酰化调控茉莉酸反应的分子机理，为深入认识植物的抗性反应调控机制提供原创性的知识积累。

植物激素茉莉酸（JA）通过协调全基因组的转录重编程来调节植物的免疫和适应性生长。MYC2是茉莉酸信号通路的核心转录因子，在静息状态下其转录活性被保守Groucho/Tup1-like核心抑制因子TOPLESS（TPL）抑制。然而，当前人们对于TPL是如何抑制MYC2的，以及在响应茉莉酸后是如何去除抑制的分子机制还尚不清楚。.本项目的研究发现TPL的可逆乙酰化对TPL在JA信号通路中的抑制功能起着重要的调控作用。我们发现组蛋白乙酰转移酶GCN5可以介导TPL的乙酰化，从而增强其与NINJA （NOVEL-INTERACTOR-OF-JAZ）蛋白的相互作用，促进其被招募到MYC2靶基因启动子，实现其对MYC2的转录抑制。相反，组蛋白去乙酰化酶HDA6和HDA19催化TPL的去乙酰化，削弱了TPL与NINJA的相互作用，降低了TPL在MYC2靶基因启动子区域的富集，从而促进了下游茉莉酸响应基因的转录激活。在静息状态下GCN5和HDA6相反的作用维持TPL乙酰化水平的平衡，保持TPL对MYC2的转录抑制活性。当植物响应外界环境刺激，体内JA水平上升时，HDA6表达被快速诱导，导致TPL的去乙酰化和抑制活性下降，从而使MYC2转录激活，启动MYC2靶基因的转录。因而，GCN5-TPL-HDA6模块维持了乙酰化TPL的平衡，从而决定了JA反应性基因的转录状态。.本项目的研究成果以题为“Regulation of jasmonate signaling by reversible acetylation of TOPLESS in Arabidopsis”于2022年8月发表于国际著名期刊Molecular Plant杂志 。该研究不仅揭示了参与广泛生物学过程的转录共抑制子蛋白TPL对茉莉酸信号通路动态调控的分子机制，还拓宽了人们对乙酰基转移酶和组蛋白去乙酰化酶作用机制的认识。作为动物、植物和微生物中保守的蛋白质翻译后修饰形式，蛋白质的乙酰化修饰参与调控诸多生物学过程。然而相比较动物中非组蛋白的研究，关于植物非组蛋白乙酰化修饰的功能和调控机制还知之甚少，因而该研究为植物中非组蛋白乙酰化修饰的功能和调控机制研究提供了范例。