组蛋白甲基化酶MEA1调控植物抗旱作用机理的研究

Our previous study showed that MEA1 regulates stomatal movements and drought tolerance by histone modification of CAM1 chromatin.However,CAM1 fully restored the stomatal phenotype but not the drought tolancein mea1,indicating factors other than CAM1 also get involved in the MEA1-regulated drought tolerance.By comparative transcriptome analysis, we identified several drought-tolerance related genes with altered expression in mea1, among which TFD, encoding a transcription factor, might be one of the immediate targets of MEA1. This proposal would focus on determining the genetic and biochemical mechanisms of interaction between MEA1, TFD and other related genes, and aims to elucidate how the epigentic regulator MEA1 functions to mediate drought tolerance.

前期研究表明MEA1通过组蛋白修饰CAM1来调控保卫细胞关闭及干旱耐受性，但CAM1只能完全回复mea1的保卫细胞开闭表型，对其抗旱能力则只能部分回复，预示MEA1还通过CAM1之外的因子调控植物耐旱能力。本项目在前期研究的基础上，通过基因芯片分析鉴定到多个表达量受MEA1调节的抗旱相关基因，初步研究表明其中的转录因子编码基因TFD可能为MEA1的直接下游因子之一。本研究拟通过深入分析MEA1与TFD及其它抗旱相关基因之间的遗传和生化互作机制，阐明表观遗传调控因子MEA1调节干旱耐受的作用机理，为培育节水抗旱的农作物提供基因资源和理论基础。

前期研究表明CAU1/MEA1通过组蛋白修饰CAM1/CAS来调控保卫细胞关闭及干旱耐受性，但CAS只能完全回复cau1的保卫细胞开闭表型，对其抗旱能力则只能部分回复，预示CAU1还通过CAS之外的因子调控植物耐旱能力。本项目通过基因芯片分析鉴定到多个表达量受CAU1调节的抗旱相关基因，初步研究表明其中的转录因子编码基因ANAC055/TFD可能为MEA1的直接下游因子，发现CAU1编码的组蛋白甲基化酶，通过调控遗传下游基因P5CS1的表达，调控脯氨酸的含量，从而调节植物应对干旱的能力。其分子机制为CAU1结合在转录因子ANAC055的启动子区，甲基化修饰ANAC055的启动子区组蛋白，从而抑制ANAC055的表达，再负调控P5CS1的表达。因此在干旱条件下，CAU1的表达被抑制，ANAC055-P5CS1的表达被促进，脯氨酸的含量增加，植物抵御干旱。这一过程独立于CAU1-CAS途径起作用，揭示了CAU1作用于植物抗旱过程起作用的新机制，为培育节水抗旱的农作物提供基因资源和理论基础。