（来源：小麦研究联盟）
近日, JIPB在线发表了中国农业大学农学院小麦研究中心题为"TaHDA1-mediated histone and non-histone deacetylation orchestrates drought tolerance in wheat"的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70384), 该研究揭示了TaHDA1通过对TaGAD1的493位赖氨酸残基去乙酰化修饰, 影响其泛素化降解过程, 从而调控GABA积累并调节小麦抗旱性的分子机制, 同时, 系统解析了TaHDA1通过介导H3K9的去乙酰化调控积极参与小麦旱胁迫的应答过程, 为小麦抗旱性遗传改良提供了新思路和重要基因资源。
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小麦是全球种植面积最大的主粮作物之一, 也是我国居民日常消费的主要口粮作物, 小麦的稳产增产是筑牢国家粮食安全防线的核心基础。干旱是制约小麦产量提升的首要非生物逆境因素, 严重影响小麦生长发育和产量。近年来受全球气候变化影响, 区域性旱灾频发、人口增长与水资源短缺的多重压力, 让小麦生产面临前所未有的挑战。当前研究表明, γ-氨基丁酸 (GABA) 是植物参与抗旱调控的重要信号分子, GABA合成关键酶GAD的功能缺失会直接导致植株干旱敏感表型, 而可逆赖氨酸乙酰化作为关键翻译后修饰, 近年已被证实可通过靶向非组蛋白参与植物胁迫响应过程, 但干旱条件下GAD蛋白的翻译后调控机制, 尤其是乙酰化修饰如何通过调控GABA合成影响小麦抗旱性仍鲜有报道。该研究针对这一关键科学问题展开系统解析, 揭示了TaHDA1介导的组蛋白与非组蛋白去乙酰化调控小麦抗旱性的新机制。
研究内容
该研究发现, 旱胁迫下, tahda1敲除株系表现为更高的鲜重与存活率, 更低的叶片失水率, 更小的气孔开度, 以及丰度更高的GABA积累, 而过表达株系则表现为相反的表型, 表明TaHDA1是一个小麦抗旱性的负调控因子, 其主要通过调控气孔运动, 参与小麦旱胁迫应答过程。为了解析TaHDA1的调控机制, 作者筛选到一个与TaHDA1互作的GABA合成关键蛋白TaGAD1, 并通过体内外实验表明TaHDA1可以直接对TaGAD1进行去乙酰化修饰。随后, 通过质谱分析及定点突变等实验, 明确K493是影响TaGAD1蛋白稳定性的关键位点, 并通过一系列蛋白实验表明K493既是TaGAD1发生去乙酰化修饰的核心靶点, 也是泛素化过程的主要识别位点 (图1)。
TaHDA1介导TaGAD1的去乙酰化并调控其稳定性
众多研究表明, HDAC作为组蛋白去乙酰化酶可通过组蛋白修饰调控基因表达, 为解析TaHDA1在小麦干旱应答过程中对组蛋白乙酰化的动态调控作用, 作者整合CUT&Tag与RNA-seq多组学技术开展分析, 鉴定到多个与旱胁迫相关的候选基因, 表明TaHDA1通过介导H3K9的去乙酰化调控积极参与小麦的旱胁迫应答过程。最后, 大田全生育期抗旱性评价结果表明, TaHDA1敲除株系表现出更优异的产量稳定性及更高的籽粒GABA含量, 为小麦抗旱育种及营养品质改良提供优质遗传材料。
研究意义
综上, 该研究解析了TaHDA1-TaGAD1调控小麦抗旱性的分子模块, 系统揭示了TaHDA1介导的组蛋白与非组蛋白去乙酰化协同调控小麦抗旱性的分子机制, 并明确了TaHDA1在作物抗旱遗传改良和育种中的应用价值, 为抗旱稳产小麦新品种设计和培育提供了新的理论基础和技术思路 (图2)。
TaHDA1介导的组蛋白与非组蛋白去乙酰化协同调控小麦抗旱性
研究团队
中国农业大学农学院小麦研究中心博士后李金鹏和博士研究生赵丹阳、彭潇为论文共同第一作者, 小麦研究中心胡兆荣教授和茅台学院刘星贝副教授为该论文的共同通讯作者。孙其信院士、倪中福教授、彭惠茹教授、姚颖垠教授、辛明明教授、郭伟龙教授对该工作进行了指导和帮助。小麦研究中心博士后褚蔚、杨群, 博士研究生刘德彪、刘晓雨、安惠韬、贾旺鸿安, 硕士研究生裴毅、吴欣然和已毕业博士研究生林靖辰、张辰笈、刘泽辉参与了此项研究工作。该工作得到了农业重大科技项目、国家自然科学等项目的资助。
文章引用
Li, J., Zhao, D., Peng, X., Wu, X., Zhang, C., An, H., Chu, W., Lin, J., Liu, Z., Yang, Q., et al. (2026). TaHDA1-mediated histone and non-histone deacetylation orchestrates drought tolerance in wheat. J. Integr. Plant Biol.https://doi.org/10.1111/jipb.70384
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