水稻/擬南芥防御病原細(xì)菌入侵的表觀遺傳調(diào)控研究進(jìn)展

徐以華 黎起秦 劉連盟 王玲 丁新華 侯雨萱 黃世文

（1. 中國水稻研究所水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310006；2. 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530003；3. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，泰安 271018）

在生長發(fā)育過程中，植物不可避免的會(huì)受到真菌、細(xì)菌、病毒以及昆蟲等各種生物的攻擊。雖然植物不具備免疫細(xì)胞，但是面對(duì)病原菌的入侵，植物相應(yīng)的進(jìn)化出了復(fù)雜的應(yīng)對(duì)機(jī)制——免疫防御反應(yīng)。植物主要依靠與病原菌相關(guān)的分子模式（Pathogen associated molecular pattern，PAMP）或病原菌攻擊時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)源分子，即損傷相關(guān)模式（Damageassociated molecular patterns，DAMPs）誘發(fā)的廣譜性防御（PAMP Triggered Immunity，PTI）和 病原菌來源的效應(yīng)子激發(fā)的特異性免疫反應(yīng)（Effector Triggered Immunity，ETI）抵抗侵染［1-5］。PTI相當(dāng)于植物的第一層免疫防御反應(yīng)，由宿主植物細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體激活（Pattern recognition receptors，PRRs），病原菌入侵時(shí)，PRRs相應(yīng)的識(shí)別PAMP（包括脂多糖、細(xì)菌鞭毛蛋白、脂肽和肽聚糖等）或DAMPs從而作出防御反應(yīng)，抑制病原菌的初步侵染［6-7］。然而，病原菌面對(duì)植物的防御會(huì)見招拆招，利用特異的效應(yīng)蛋白（Effector）來抑制植物的PTI，幫助病原在植物體內(nèi)繁殖或擴(kuò)散；相應(yīng)地，針對(duì)病原物的effector又會(huì)誘發(fā)某些植物的ETI防御病原菌侵染，即植物的第二層免疫防御反應(yīng)，主要由核苷酸結(jié)合的富含亮氨酸重復(fù)的受體（Nucleotide binding-leucine rich repeat receptors，NLRs）即抗性相關(guān)基因（Resistance gene，R）調(diào)控，直接或間接識(shí)別效應(yīng)蛋白，誘發(fā)植物抗性，并觸發(fā)植物自身過敏反應(yīng)，導(dǎo)致植物細(xì)胞自主凋亡，阻止病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)散［2，4，7-8］。在上述病原菌 -植物的動(dòng)態(tài)相互作用過程中，迫使植物相關(guān)機(jī)制的進(jìn)化，快速而準(zhǔn)確地激活/抑制防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)來建立局部和系統(tǒng)性抗性。

近年的研究表明，表觀遺傳在激活/抑制植物防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)方面起著非常重要的調(diào)控作用［9-10］。表觀遺傳主要指DNA的甲基化、組蛋白N端的甲基化、乙酰化、泛素化、磷酸化等共價(jià)修飾，小RNA也屬于這個(gè)范疇。它在不改變基因序列的情況下就可以調(diào)控植物防御相關(guān)基因的表達(dá)，迅速激活特定的防御反應(yīng)（水楊酸、茉莉酸、乙烯信號(hào)傳遞途徑等）來對(duì)抗病原菌［11］。并且這些病原菌誘導(dǎo)形成的表觀修飾能夠遺傳給后代，增強(qiáng)防御能力［2，11-14］。

水稻和擬南芥分別是單子葉和雙子葉植物研究的重要模式植物，丁香假單胞桿菌番茄致病變種 DC3000［Pseudomonas syringaepv. tomato（Pst）DC3000］和白葉枯病原菌（Xanthomonas oryzaepv.oryzae，Xoo）是最普遍和最具代表性的重要病原細(xì)菌。本文主要在已報(bào)道的科學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了表觀遺傳修飾在水稻/擬南芥防御兩種病原細(xì)菌入侵中的作用，重點(diǎn)闡明水稻/擬南芥的基因組DNA甲基化、組蛋白修飾以及小RNA在防御反應(yīng)中的分子調(diào)控機(jī)理，以便更好地理解表觀遺傳修飾對(duì)病原細(xì)菌入侵的響應(yīng)，為其他作物的表觀遺傳抗病研究提供理論參考。

1 DNA甲基化與抗病性

基因組DNA的表觀遺傳修飾主要是DNA甲基化，它是很多生物過程包括遺傳印跡、X染色體失活、細(xì)胞分化、基因沉默等的基礎(chǔ)，主要通過共價(jià)修飾調(diào)控基因的表達(dá)［5］。在植物中，生物基因組DNA胞嘧啶核苷酸上均能發(fā)生DNA的甲基化，主要是在CG，CHG和CHH（其中H可以是A、C或T）序列中的胞嘧啶上添加一個(gè)甲基，由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族（DNA Methyltransferase，DnMT）催化完成［15］。植物中的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶主要有：負(fù)責(zé)維持DNA甲基化的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNA methyltransferase 1，MET1）和染色質(zhì)甲基化酶（Chromomethylases，CMTs），它們根據(jù)親鏈上甲基化位點(diǎn)對(duì)已經(jīng)完成復(fù)制的半甲基化DNA做相應(yīng)的甲基化修飾；結(jié)構(gòu)域重排甲基轉(zhuǎn)移酶2（Domains rearranged methyltransferase 2，DRM2），由RNA介導(dǎo)作用于基因組上的同源特異序列，不依賴DNA的復(fù)制，在完全去甲基化的位點(diǎn)上催化DNA序列從頭甲基化［3，15］。通常，基因組DNA的高度甲基化沉默基因的表達(dá)，而活躍表達(dá)的基因的啟動(dòng)子是低甲基化的。

DNA甲基化不僅在基因表達(dá)、細(xì)胞分化以及系統(tǒng)發(fā)育過程中起著重要的調(diào)控作用，而且在植物對(duì)病原細(xì)菌的防御反應(yīng)中也扮演著重要角色，一些生物逆境應(yīng)答基因就是通過DNA的甲基化和去甲基化調(diào)控的［4，16］。早在 1975年，Guseinov和Vanyushin［16］就從生化水平上提出了植物可以通過改變基因組胞嘧啶甲基化狀態(tài)防御病原菌的入侵。目前，從分子水平上已有大量研究證實(shí)病原菌的侵染能誘導(dǎo)植物DNA甲基化動(dòng)態(tài)變化，從而改變基因表達(dá)水平。通常基因組DNA的低甲基化程度激活植物防御反應(yīng)。2006年，Pavet等［17］發(fā)現(xiàn)擬南芥被PstDC3000侵染后，其體內(nèi)很多基因組序列變?yōu)榈图谆癄顟B(tài)。2012年，Matzke證實(shí)DNA甲基化基 因（MET1-3，DDC，DRM1-2，DRM2-2，CMT3-11）缺陷的擬南芥突變體被PstDC3000侵染后，同野生型相比對(duì)DC3000抗性增強(qiáng)，且多個(gè)甲基化基因同時(shí)敲除的突變體表現(xiàn)出更高的抗性［3，18-19］。說明基因組甲基化水平的降低能夠增強(qiáng)擬南芥對(duì)PstDC3000的抗性。此后又有研究報(bào)道，擬南芥表觀遺傳調(diào)節(jié)子延伸復(fù)合物亞基2（ELP2）是快速防御反應(yīng)中重要的轉(zhuǎn)錄激活劑，而病程相關(guān)基因非表達(dá)子1（Nonexpressor of pathogenesis-related genes1，NPR1）是ELP2防御反應(yīng)中的共激活劑；ELP2參與調(diào)節(jié)NPR1的基礎(chǔ)甲基化水平，兩者協(xié)同調(diào)控?cái)M南芥對(duì)DC3000的防御反應(yīng)。DC3000/avrRpt 2接種野生型和elp2突變體，發(fā)現(xiàn)elp2突變體因ELP2的缺失而無法調(diào)節(jié)病原菌應(yīng)答基因NPR1基因DNA甲基化水平，表現(xiàn)為NPR1啟動(dòng)子區(qū)的DNA甲基化水平同野生型相比較高且穩(wěn)定，從而延遲了防御基因的表達(dá)。由此表明，elp2在改變病原菌誘導(dǎo)的DNA甲基化水平，參與調(diào)控防御基因表達(dá)有重要作用［3，19］（表1）。另外，RNA能夠通過RNA指導(dǎo)的DNA甲基化（RNA-directed DNA methylation，RdDM）路徑參與DNA甲基化過程。在RdDM組分AGO4（Argonaute 4）蛋白突變的擬南芥中，基因組DNA甲基化程度降低，且對(duì)致病菌PstDC3000和含avrRpm1效應(yīng)子的非致病菌更敏感［3，20］（表1）。說明RNA介導(dǎo)的DNA甲基化也參與植物防御反應(yīng)。

此外，在植物體內(nèi)還存在DNA去甲基化過程，由DNA糖基化酶催化的DNA去甲基酶家族完成［21-22］。目前，已鑒定的擬南芥中的DNA去甲基酶 有 DME（Demeter）、ROS1（Repressor of silencing1）也叫 DML1（DME-like 1）、DML 2（DME-like 2）和 DML3（DME-like 3）［3］。研究證實(shí)，PstDC3000侵染擬南芥ros1突變體后，其體內(nèi)抗病基因（RMG1或At4g11170）啟動(dòng)子中的轉(zhuǎn)座因子（AtREP 11）的胞嘧啶甲基化顯著增加，從而降低了該抗病基因的表達(dá)，顯示出對(duì)DC3000的敏感性增加（表1）。表明DNA去甲基化在擬南芥防御細(xì)菌入侵中起積極作用，特別是含轉(zhuǎn)座子啟動(dòng)子的DNA去甲基化能夠增強(qiáng)植物抗病性［23］，正調(diào)控植物對(duì)病原細(xì)菌的抗性。

綜上所述，當(dāng)植物遭遇病原細(xì)菌侵染時(shí)，基因組的DNA甲基化水平會(huì)降低，激活抗病防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物的抗病能力。這個(gè)過程由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基酶基因共同調(diào)控。

2 組蛋白翻譯后修飾與抗病性

基因組DNA和組蛋白（包括H2A，H2B，H3和H4四個(gè)亞單位）能夠有組織的包裝成核小體，是染色質(zhì)的基本組成單位。核小體中的任何一個(gè)核心組蛋白都可能發(fā)生包括甲基化、乙?；?、泛素化、磷酸化、ADP-核糖基化等在內(nèi)的表觀遺傳修飾，改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)，從而激活/抑制基因的表達(dá)［24］。一般而言，H3第4位和36位賴氨酸（H3K4和H3K36）的甲基化和H3 與H4高乙?；揎椉せ罨虻谋磉_(dá)；H3第9位和27位賴氨酸（H3K9和H3K27）的甲基化和H3 與H4低乙?；揎椧种苹虻谋磉_(dá)。

目前，病原細(xì)菌能誘導(dǎo)水稻/擬南芥組蛋白N端的氨基酸殘基發(fā)生可逆的共價(jià)修飾，在其防御病原菌入侵過程中有非常重要的作用。研究得比較清楚的是賴氨酸殘基的甲基化/去甲基化修飾，乙酰化/去乙?；?，絲氨酸和蘇氨酸的泛素化修飾等在水稻/擬南芥防御病原菌入侵過程中的表觀遺傳調(diào)控功能［25］。

2.1 組蛋白甲基化/去甲基化修飾

組蛋白甲基化修飾由含進(jìn)化上保守的SET結(jié)構(gòu)域的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（Histone methyltransferases，HMTs）調(diào)節(jié)。病原細(xì)菌誘導(dǎo)的組蛋白甲基化修飾能夠激活宿主的細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活/抑制防御基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)/減弱植株的抗性。最近的研究表明，擬南芥的H3K4組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ATX1對(duì)基礎(chǔ)抗病性反應(yīng)起重要作用。ATX1通過調(diào)節(jié)WRKY70（水楊酸和茉莉酸信號(hào)途徑的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子）啟動(dòng)子的H3K4的甲基化來激活WRKY70的表達(dá)，從而上調(diào)水楊酸（Salicylic acid，SA）信號(hào)途徑基因PR1的表達(dá)以及下調(diào)茉莉酸（Jasmonic Acid，JA）信號(hào)途徑基因THI2.1的表達(dá)，參與到擬南芥對(duì)PstDC3000 侵染的防御反應(yīng)［26-27］（表 1）。說明依賴ATX1的H3K4甲基化修飾參與SA和JA兩條抗病信號(hào)通路，協(xié)同調(diào)控抗病，是擬南芥防御PstDC3000侵染不可或缺的調(diào)控因子。

SDG8，H3K36組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，通過介導(dǎo)RPS4-like R基因（LAZ5）位點(diǎn)的H3K36三甲基化，上調(diào)LAZ5基因的表達(dá)，在擬南芥對(duì)抗PstDC3000攻擊的天然免疫中起正調(diào)控作用（表1）。另有報(bào)道，SDG8通過介導(dǎo)ERF1、MYC2、PDF1.2a和VSP2等JA/ ET信號(hào)途徑基因位點(diǎn)，誘導(dǎo)這些基因的快速轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)擬南芥對(duì)真菌（黑斑病菌和灰霉病菌）的抗性［28］。這充分表明依賴SDG8的H3K36甲基化修飾能同時(shí)正調(diào)控對(duì)細(xì)菌及真菌的防御反應(yīng)，其作用具有非特異性。

表1 已報(bào)道的DNA甲基化和組蛋白修飾在水稻/擬南芥防御病原細(xì)菌中的調(diào)控作用

組蛋白的甲基化轉(zhuǎn)移酶通過修飾重要抗病信號(hào)途徑（SA/JA等）基因或直接修飾R基因來激活或抑制其表達(dá)，從而調(diào)控水稻/擬南芥對(duì)病原細(xì)菌的防御方應(yīng)。組蛋白去甲基化和甲基化修飾是互逆的動(dòng)態(tài)過程，也參與到水稻/擬南芥防御病原細(xì)菌入侵的過程中，起到非常重要的調(diào)控作用。水稻jmjC去甲基化酶JMJ705特異地去除H3K27位點(diǎn)的甲基化修飾；白葉枯病原菌侵染水稻后，能誘導(dǎo)JMJ705的表達(dá)［29］；超量表達(dá)的JMJ705可激活水稻抗病防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)水稻對(duì)Xoo的抗性。相應(yīng)地，抑制表達(dá)的JMJ705會(huì)減弱對(duì)Xoo的抗性［29］。實(shí)驗(yàn)還證明，JMJ705是通過去除JA信號(hào)途徑相關(guān)基因的H3K27三甲基化修飾來增強(qiáng)它們的表達(dá)，從而提高水稻的抗性［3］（表1）。另外，研究還證實(shí)水稻jmjC去甲基化酶基因家族另一個(gè)成員JMJ704也參與到水稻對(duì)Xoo防御反應(yīng)。JMJ704能被Xoo誘導(dǎo)表達(dá)；且該基因的兩個(gè)等位突變體均表現(xiàn)出對(duì)Xoo的抗性減弱［30］（表1）。但是，與JMJ705的作用機(jī)制不同，JMJ704通過降低抗病負(fù)調(diào)控因子的H3K4的甲基化水平，抑制抗病負(fù)調(diào)控因子的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)水稻對(duì)Xoo的正調(diào)節(jié)；而JMJ705則是通過上調(diào)抗病正調(diào)控因子的表達(dá)增強(qiáng)水稻對(duì)Xoo的抗性。這一結(jié)果表明，jmjC基因家族對(duì)水稻白葉枯的抗性存在著增強(qiáng)抗病基因表達(dá)和減弱感病基因表達(dá)的雙向調(diào)控通路。

目前所證實(shí)的無論是H3K4、H3K27，還是H3K36位點(diǎn)的甲基化/去甲基化都是通過上調(diào)SA/JA信號(hào)途徑的基因或R基因的表達(dá)來正調(diào)控對(duì)PstDC3000和Xoo的防御反應(yīng)。這些修飾之間有沒有協(xié)同和拮抗的作用；對(duì)其他病原菌的作用又如何；H3K4、H3K27、H3K36和H3K9以及精氨酸位點(diǎn)的甲基化/去甲基化對(duì)PstDC3000和Xoo的作用模式是否一樣，這些具體的問題都有待我們?nèi)ミM(jìn)一步探索和研究。

2.2 組蛋白乙?；?去乙?；揎?/h3>

與組蛋白去甲基化和甲基化修飾類似，組蛋白的乙?；腿ヒ阴；彩腔ツ娴膭?dòng)態(tài)過程，由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（Histone acetyltransferases，HATs）和去乙?；福℉istone deacetyltransferases，HDAs）共同調(diào)節(jié)組蛋白末端的賴氨酸殘基的乙酰化水平。通常，組蛋白乙?；せ罨蜣D(zhuǎn)錄，而組蛋白去乙?；瓤杉せ钷D(zhuǎn)錄又可抑制轉(zhuǎn)錄［29，31-32］。在水稻/擬南芥中，HATs和HDAs除調(diào)控生長發(fā)育基因的表達(dá)外，還與抗病性有關(guān)［3］。

ELP3是延伸復(fù)合物的催化亞單位，其C端具有HAT結(jié)構(gòu)域，N端具有富含半胱氨酸基序，具HAT活性，能乙?；?種組蛋白，在ELP3參與的免疫反應(yīng)中至關(guān)重要［33］。elp3功能缺失突變體感染PstDC3000后，會(huì)延遲誘導(dǎo)防御基因（包括PR1，PR5和WRKY18）表達(dá)［34］（表 1）。與 ELP3 類似，ELP2是免疫反應(yīng)的共激活劑，通過與NPR1相互作用參與植物防御反應(yīng)。與野生型植物相比，elp2突變體中的NPR1、PR2、PR5、EDS1和 PAD4中的H3K9/14乙?；捷^低，這可部分解釋elp2誘導(dǎo)的組蛋白乙?；c防御基因表達(dá)有關(guān)［19］（表1）。

植物的HDAs可分為RPD3/HDA1、SIR2（Silent information regulator 2）和 HD2（Histone deacetylase-II）3大類型。組蛋白去乙酰化修飾在抗病方面的作用最早要追溯到對(duì)HDA1型去乙?；窰DA19（Histone Deacetylase 19，HDA19）的研究。HDA19與植物的多個(gè)生長發(fā)育過程相關(guān)。在擬南芥中，HDA19參與SA介導(dǎo)的防御反應(yīng)［35］。HDA19活性的喪失使SA的含量增多，SA信號(hào)傳遞途徑基因（如病程相關(guān)基因PR1、PR4和PR5）表達(dá)增強(qiáng)，表現(xiàn)為對(duì)P. syringaepv.tomatoDC3000抗性增強(qiáng)［36-37］（表1）。另一方面，研究證實(shí)HDA19參與激活擬南芥中JA介導(dǎo)的防御反應(yīng)。HDA19的超量表達(dá)促使JA信號(hào)途徑基因ERF1的表達(dá)上調(diào)，增強(qiáng)擬南芥對(duì)黑斑病菌（Alternaria brassicicola）的抗性（表1）。此外，擬南芥中由P. syringae誘導(dǎo)的HDA19抑制WRKY38和WRKY62的轉(zhuǎn)錄活性，其中WRKY38和WRKY62是基礎(chǔ)防御反應(yīng)PR基因的負(fù)調(diào)節(jié)子［38］（表1）。擬南芥SIR2型去乙?；窼RT2通過抑制PAD4，EDS5和SID2等SA信號(hào)途徑基因的表達(dá)負(fù)調(diào)控?cái)M南芥對(duì)番茄丁香假單胞菌（Pseudomonas syringaepv.tomatoDC3000）的防御反應(yīng)［39］（表 1）。

水稻中的HD2型去乙?；窰DT701是天然免疫的負(fù)調(diào)節(jié)子調(diào)控水稻免疫反應(yīng)。HDT701超表達(dá)的轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）和白葉枯病菌（Xoo）更敏感且組蛋白H4乙?；较陆?；相應(yīng)地HDT701的缺失突變株對(duì)兩種病原菌抗性增強(qiáng)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，水稻中的擬南芥鞭毛蛋白受體激酶（Receptor kinase flagellin sensing 2，F(xiàn)LS2）同源蛋白OsFLS2乙酰化水平的增強(qiáng)，以及防御相關(guān)基因MAPK6和WRKY53的表達(dá)和活性氧的爆發(fā)會(huì)提高水稻抗性［40］（表1）。綜上所述，乙酰化酶通過乙?；嚓P(guān)防御基因來激活其表達(dá)，從而正調(diào)控水稻/擬南芥對(duì)病原細(xì)菌的入侵；不論哪一類型的去乙酰化酶，一般而言都是通過對(duì)SA和JA等重要抗病信號(hào)途徑和防御反應(yīng)相關(guān)基因的去乙酰化，抑制其表達(dá)來負(fù)調(diào)控水稻/擬南芥對(duì)病原細(xì)菌的入侵。但是也有例外，HDA19可以增強(qiáng)JA/ET信號(hào)途徑基因ERF1的表達(dá)，正調(diào)控?cái)M南芥對(duì)黑斑病菌的防御反應(yīng)。因此，每一種乙?；?去乙酰化修飾對(duì)病原菌入侵的作用都需要逐個(gè)研究。

2.3 組蛋白泛素化修飾

組蛋白泛素化主要發(fā)生在組蛋白H2A和H2B上，是自由的泛素分子或泛素鏈通過依賴于ATP的蛋白酶體系結(jié)合到特定底物的過程。分為單泛素化和多泛素化兩種類型，由泛素激活酶（E1）、泛素結(jié)合酶（E2）和泛素連接酶（E3）催化實(shí)現(xiàn)［41］，能夠激活或抑制轉(zhuǎn)錄。在擬南芥中，組蛋白H2B單泛素化（Histone H2B monoubiquitination，H2Bub） 由 兩個(gè)E3泛素連接酶HUB1（Histone monoubiquitibation 1）和 HUB2（Histone monoubiquitibation 2）催化形成［42］。通常，H2Bub與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)。

有研究表明，HUB1和HUB2調(diào)節(jié)R基因SNC1（Suppressor ofnpr1-1，constitutive1）和RPP4（Resistance to peronospora parasitica 4）的表達(dá)。HUB1通過調(diào)節(jié)SNC1/RPP4位點(diǎn)H2B單泛素化來調(diào)控SNC1/RPP4表達(dá)［42］。野生型植株感染PstDC3000后，會(huì)適度上調(diào)SNC1，同時(shí)SNC1的組蛋白H2B單泛素化水平增高。而在HUB1或HUB2功能缺失的突變體中，則會(huì)減少SNC1的上調(diào)。表明病原菌誘導(dǎo)的抗性基因SNC1的表達(dá)依賴 HUB1 和 HUB2［42］（表 1）。

組蛋白泛素化不但直接激活R基因的表達(dá)，增強(qiáng)抗病性激活，還廣泛參與包括JA、SA、ET、效應(yīng)因子觸發(fā)的免疫反應(yīng)ETI以及病原相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫PTI等在內(nèi)的防衛(wèi)信號(hào)傳遞過程。

3 小RNA與抗病性

動(dòng)植物體內(nèi)有一類非編碼的小RNA（Small RNA），能夠調(diào)控mRNA降解，抑制轉(zhuǎn)錄、翻譯，影響染色質(zhì)修飾，是重要調(diào)控因子，參與調(diào)節(jié)包括葉片發(fā)育、開花時(shí)間、胚胎形成和防御反應(yīng)等多個(gè)生物過程［44-45］。植物內(nèi)源小RNA根據(jù)生物合成途徑可分為miRNA（microRNA）和siRNA（short interfering RNA）兩類。miRNA是20-22 nt的單鏈RNA，與靶mRNA高度互補(bǔ)，通過封閉mRNA抑制基因的表達(dá)。siRNA是由雙鏈RNA前體加工而來，主要通過DNA甲基化、組蛋白修飾、mRNA降解和翻譯抑制沉默基因表達(dá)［44］。

擬南芥miR393是植物中最早發(fā)現(xiàn)的miRNA分子，通過負(fù)調(diào)控生長素（Auxin）信號(hào)通路在植物PTI中起重要作用［2，46］。病原細(xì)菌侵染植物后，細(xì)菌多肽f1g22會(huì)誘導(dǎo)宿主植物miR393表達(dá)，使其靶分子auxin的受體TIR（Toll/interleukin-1 receptor）降解，auxin信號(hào)通路下調(diào)，從而抑制細(xì)菌增殖（表1）［46］。tir突變植株對(duì)PstDC3000敏感性增強(qiáng)，表明miR393在植物防御病原菌中起重要作用［47］。有研究報(bào)道，丁香假單胞菌的f1g22誘導(dǎo)的PTI，通過miR160a負(fù)調(diào)控、miR398b和miR773 正調(diào)控胼胝質(zhì)沉積，參與擬南芥對(duì)細(xì)菌病害的防御反應(yīng)［2，20］。此外，F(xiàn)ahlgren等［48］以PstDC3000hrcC侵染擬南芥葉片1 h或3 h，經(jīng)小RNA表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，miR393、miRl67和miRl60均超表達(dá)，且它們都通過靶向auxin受體基因或auxin應(yīng)答因子負(fù)調(diào)控auxin信號(hào)，抑制細(xì)菌增殖。2017年，Chow HT等［45］報(bào)道了一個(gè)非保守的小RNA——miR163，它與小分子甲基轉(zhuǎn)移酶（Small-molecule methyltransferases，MTs）有關(guān)，參與調(diào)節(jié)植物防御反應(yīng)。早期有報(bào)道，其在擬南芥中作為防御反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子。后來發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其與組蛋白脫乙酰酶（或其他靶標(biāo)，如PXMT1和FAMT）協(xié)調(diào)作用時(shí)，又能夠提高植物抗性，抵御Pst的侵染。

siRNA也可以調(diào)控植物免疫，具有avrRpt2效應(yīng)子的PstDC3000侵染植株能特異性誘導(dǎo)擬南芥中天然反義轉(zhuǎn)錄本來源的siRNA［snatural antisense transcript（NAT）-associated siRNAs，nat-siRNAs］和長siRNA（lsiRNA-1），從而抑制其靶蛋白PPRL（ETI的負(fù)調(diào)控子），識(shí)別病原菌衍生效應(yīng)子并激活ETI，起到防御病原菌的作用［2，47，49］（表 1）。上述研究結(jié)果表明，植物病原菌入侵宿主植物后，產(chǎn)生的效應(yīng)子可誘導(dǎo)植物中siRNA與特定抗性通路中的負(fù)調(diào)控因子作用而使之下調(diào)，進(jìn)而激活ETI免疫反應(yīng)。此外，siRNA還可通過介導(dǎo)DNA甲基化和組蛋白修飾誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄沉默［47，50］。

小RNA介導(dǎo)的基因沉默是植物抵抗病原細(xì)菌非常重要的調(diào)節(jié)機(jī)制之一，但是其調(diào)控植物免疫反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程。目前還需要進(jìn)一步研究其功能，挖掘更多與抗病相關(guān)的小RNA并解析其機(jī)理，拓展植物病理學(xué)的研究。

4 小結(jié)

近年來表觀遺傳學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)研究關(guān)注的熱點(diǎn)。植物對(duì)病原細(xì)菌的免疫防御反應(yīng)有嚴(yán)格且復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。越來越多的研究表明，表觀遺傳修飾在水稻/擬南芥對(duì)病原細(xì)菌入侵的防御反應(yīng)中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。表觀遺傳修飾通過激活/抑制宿主R基因、重要抗病信號(hào)途徑（SA/JS等）以及防御反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，從而調(diào)控水稻和擬南芥對(duì)病原細(xì)菌的抗性。

目前，我們對(duì)表觀遺傳修飾調(diào)控宿主的抗病防御反應(yīng)過程已有初步的了解，但所認(rèn)知的只是單個(gè)的表觀遺傳修飾的調(diào)控功能，眾多表觀遺傳修飾在植物免疫防御中的聯(lián)系及相互作用機(jī)制尚不明確；不同類型病原菌誘導(dǎo)的表觀遺傳修飾的范圍和種類仍有待闡明；哪些與植物免疫力相關(guān)的表觀遺傳修飾可以傳遞給后代，以及這些修飾在病原菌共存的選擇性壓力下的穩(wěn)定性都有待進(jìn)一步探索。另外一方面，大量研究證實(shí)表觀遺傳修飾在植物的生長、發(fā)育和抗逆過程中發(fā)揮著重要的作用，是植物生命周期各個(gè)過程不可或缺的調(diào)控因子。如果表觀遺傳修飾在抗病防御反應(yīng)中作用顯著，是不是會(huì)削弱它在其他生長發(fā)育過程中的作用，植物的其他性狀是否會(huì)受到影響，其如何有效協(xié)調(diào)植物各個(gè)生命過程？

今后，我們應(yīng)深入挖掘表觀遺傳調(diào)控植物抗病性相關(guān)基因并分析其抗病調(diào)控功能，從基因組水平選育抗病品種；充分利用高通量測(cè)序從整體水平研究表觀遺傳修飾與各類病原菌的互作，與宿主植物免疫反應(yīng)的機(jī)制；從遺傳、分子、生化等方面深入探究表觀遺傳修飾在調(diào)控抗病和植物其它性狀之間的協(xié)調(diào)機(jī)制；DNA甲基化是表觀遺傳中非常重要的一個(gè)過程，通常與組蛋白甲基化、乙?；榷鄠€(gè)表觀途徑密切相關(guān)，各表觀遺傳途徑之間的相互作用還不明確；siRNA和組蛋白甲基化均可介導(dǎo)DNA甲基化，但是其參與免疫反應(yīng)的機(jī)制還需進(jìn)一步明確，它們是直接還是間接作用于抗病相關(guān)基因也還不清楚；其他多個(gè)表觀遺傳修飾是協(xié)同或拮抗作用調(diào)控植物免疫反應(yīng)需要我們進(jìn)一步研究。此外，表觀遺傳修飾能夠遺傳給后代，但傳遞機(jī)制還不清楚，如何利用這種機(jī)制調(diào)控和提高植物的抗性還有待研究，且可以利用跨世代遺傳的特性改變植物的表觀修飾為抗病育種提供新思路。這不僅有助于我們從理論上了解表觀遺傳學(xué)對(duì)植物抗病的分子調(diào)節(jié)機(jī)制，挖掘更多的表觀遺傳抗病性基因，而且在應(yīng)用上可以為抗病遺傳育種提供優(yōu)良基因資源，培育高抗優(yōu)質(zhì)品種，減少糧食損失，保障國家糧食安全。

［1］Jones JDG, Dangl JL. The plant immune system［J］. Nature, 2006,444（7117）：323.

［2］耿帥鋒, 李愛麗, 毛龍. RNA介導(dǎo)的DNA甲基化路徑在植物抗病中的研究進(jìn)展［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48（S）：16-22.

［3］Zhu QH, Shan WX, Ayliffe M, et al. Epigenetic mechanisms：an emerging player in plant-microbe interactions［J］. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2015, 29（3）：187-196.

［4］Espinas NA, Saze H, Saijo Y. Epigenetic control of defense signaling and priming in plants［J］. Frontiers in Plant Science, 2016, 7（1201）：1-7.

［5］Ranf S. Sensing of molecular patterns through cell surface immune receptors［J］. Curr Opin Plant Biol, 2017, 38 ：68-77.

［6］Ding B, Wang GL. Chromatin versus pathogens：the function of epigenetics in plant immunity［J］. Frontiers in Plant Science,2015, 6（675）：675.

［7］李智強(qiáng), 王國梁, 劉文德. 水稻抗病分子機(jī)制研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)通報(bào), 2016, 32（10）：97-108.

［8］Gijzen M, Ishmael C, Shrestha SD. Epigenetic control of effectors in plant pathogens［J］. Frontiers in Plant Science, 2014, 5：638.

［9］Alvarez ME, Nota F, Cambiagno DA. Epigenetic control of plant immunity［J］. Mol Plant Pathol, 2010, 11（4）：563-576.

［10］王樹昌. 表觀遺傳學(xué)在植物中的研究［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011, 39（5）：2562-2564.

［11］Gao S, Jin H. Host small RNAs and plant innate immunity［J］.Non Coding Rnas in Plants, 2011：21-34.

［12］Bari R, Jones JD. Role of plant hormones in plant defence responses［J］. Plant Mol Biol, 2009, 69（4）：473-488.

［13］Koornneef A, Pieterse CM. Cross talk in defense signaling［J］.Plant Physiology, 2008, 146（3）：839-844.

［14］Vlot AC, Dempsey DA, Klessig DF. Salicylic acid, a multifaceted hormone to combat disease［J］. Annu Rev Phytopathol, 2009, 47（1）：177-206.

［15］李新玲, 徐香玲. 植物DNA甲基化與表觀遺傳［J］. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24（1）：123-126.

［16］Guseinov VA, Vanyushin BF. Content and localisation of 5-methylcytosine in DNA of healthy and wilt-infected cotton plants［J］. Biochim Biophys Acta, 1975, 395（3）：229-238.

［17］Pavet V, Quintero C, Cecchini NM, et al. Arabidopsis displays centromeric DNA hypomethylation and cytological alterations of heterochromatin upon attack by Pseudomonas syringae［J］.Molecular Plant-Microbe Interactions, 2006, 19（6）：577-587.

［18］Dowen RH, Pelizzola M, Schmitz RJ, et al. Widespread dynamic DNA methylation in response to biotic stress［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2012, 109（32）：2183-2191.

［19］Wang Y, An C, Zhang X, et al. The Arabidopsis elongator complex subunit2 epigenetically regulates plant immune responses［J］.Plant Cell, 2013, 25（2）：762-776.

［20］López A, Ramírez V, García-Andrade J, et al. The RNA silencing enzyme RNA polymerase v is required for plant immunity［J］.PLoS Genetics, 2011, 7（12）：e1002434.

［21］Penterman J, Zilberman D, Jin HH, et al. DNA demethylation in the Arabidopsis genome［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104（16）：6752-6757.

［22］Zhu JK. Active DNA Demethylation mediated by DNA glycosylases［J］. Annu Rev Genet, 2009, 43（1）：143-166.

［23］Yu A, Lepère G, Jay F, et al. Dynamics and biological relevance of DNA demethylation in Arabidopsis antibacterial defense［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2013, 110（6）：2389-2394.

［24］韋榮昌, 唐其, 馬小軍, 等. 植物表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展［J］.北方園藝, 2013（18）：170-173.

［25］Kouzarides T. Chromatin modifications and their function［J］.Cell, 2007, 128（4）：693.

［26］Alvarezvenegas R, Abdallat AA, Guo M, et al. Epigenetic control of a transcription factor at the cross section of two antagonistic pathways［J］. Epigenetics, 2007, 2（2）：106-113.

［27］Alvarez-Venegas R, Sadder M, Hlavacka A, et al. The Arabidopsis homolog of trithorax, ATX1, binds phosphatidylinositol 5-phosphate,and the two regulate a common set of target genes［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103（15）：6049-6054.

［28］Berr A, Mccallum EJ, Alioua A, et al. Arabidopsis histone methyltransferase SET DOMAIN GROUP8 mediates induction of the jasmonate/ethylene pathway genes in plant defense response to necrotrophic fungi［J］. Plant Physiology, 2010, 154（3）：1403-1414.

［29］Li T, Chen X, Zhong X, et al. Jumonji C domain protein JMJ705-mediated removal of histone H3 lysine 27 trimethylation is involved in defense-related gene activation in rice［J］. Plant Cell, 2013,25（11）：4725-4736.

［30］Hou Y, Wang L, Ling W, et al. JMJ704 positively regulates rice defense response against Xanthomonas oryzae pv. oryzae, infection via, reducing H3K4me2/3 associated with negative disease resistance regulators［J］. BMC Plant Biology, 2015, 15（1）：286.

［31］Wang Z, Zang C, Cui K, et al. Genome-wide mapping of HATs and HDACs reveals distinct functions in active and inactive genes［J］. Cell, 2009, 138（5）：1019-1031.

［32］Zupkovitz G, Tischler J, Posch M, et al. Negative and positive regulation of gene expression by mouse histone deacetylase 1［J］.Molecular & Cellular Biology, 2006, 26（21）：7913-7928.

［33］Winkler GS, Kristjuhan A, Erdjument-Bromage H, et al. Elongator is a histone H3 and H4 acetyltransferase important for normal histone acetylation levels in vivo［J］. Proc Natl Acad Sci USA,2002, 99（6）：3517-3522.

［34］Defraia CT, Wang Y, Yao J, et al. Elongator subunit 3 positively regulates plant immunity through its histone acetyltransferase and radical S-adenosylmethionine domains［J］. BMC Plant Biology,2013, 13（1）：102.

［35］De-La-Pe?a C, Rangel-Cano A, Alvarez-Venegas R. Regulation of disease-responsive genes mediated by epigenetic factors：interaction of Arabidopsis-Pseudomonas［J］. Mol Plant Pathol,2012, 13（4）：388-398.

［36］Tian L, Fong MP, Wang JJ, et al. Reversible histone acetylation and deacetylation mediate genome-wide, promoter-dependent and locus-specific changes in gene expression during plant development［J］. Genetics, 2005, 169（1）：337-345.

［37］Choi SM, Song HR, Han S K, et al. HDA19 is required for the repression of salicylic acid biosynthesis and salicylic acid-mediated defense responses in Arabidopsis［J］. The Plant Journal, 2012,71（1）：135-146.

［38］Kim KC, Lai Z, Fan B, et al. Arabidopsis WRKY38 and WRKY62 transcription factors interact with histone deacetylase 19 in basal defense［J］. Plant Cell, 2008, 20（9）：2357-2371.

［39］Wang C, Gao F, Wu J, et al. Arabidopsis putative deacetylase AtSRT2 regulates basal defense by suppressing PAD4, EDS5 and SID2 expression［J］. Plant & Cell Physiology, 2010, 51（8）：1291-1299.

［40］Ding B, Bellizzi MR, Ning Y, et al. HDT701, a histone H4 deacetylase, negatively regulates plant innate immunity by modulating histone H4 acetylation of defense-related genes in rice［J］. Plant Cell, 2012, 24（9）：3783-3794.

［41］Pérez M, Ca?al MJ, Toorop PE. Expression analysis of epigenetic and abscisic acid-related genes during maturation of Quercus suber somatic embryos［J］. Plant Cell Tissue & Organ Culture, 2015,121（2）：353-366.

［42］Cao Y, Dai Y, Cui S, et al. Histone H2B monoubiquitination in the chromatin of FLOWERING LOCUS C regulates flowering time in Arabidopsis［J］. Plant Cell, 2008, 20（10）：2586-2602.

［43］Zou B, Hua J. Monoubiquitination of histone 2B at the disease resistance gene locus regulates its expression and impacts immune responses in Arabidopsis［J］. Plant Physiology, 2014, 165（1）：309-318.

［44］潘麗娜, 王振英. 植物表觀遺傳修飾與病原菌脅迫應(yīng)答研究進(jìn)展［J］. 西北植物學(xué)報(bào), 2013, 33（1）：210-214.

［45］Chow HT, Ng DW. Regulation of miR163 and its targets in defense against Pseudomonas syringae in Arabidopsis thaliana［J］. Sci Rep, 2017, 7：46433.

［46］Navarro L, Jones JDG. A plant miRNA contributes to antibacterial resistance by repressing auxin signaling［J］. Science, 2006, 312（5772）：436-439.

［47］Harenberg J, Huhle G, Giese C, et al. Endogenous small RNAs and antibacterial immunity in plants［J］. FEBS Letters, 2008, 582（18）：2679-2684.

［48］Fahlgren N, Howell MD, Kasschau K D, et al. High-throughput sequencing of Arabidopsis microRNAs：evidence for frequent birth and death of MIRNA genes［J］. PLoS One, 2007, 2（2）：e219.

［49］Katiyar-Agarwal S, Morgan R, Dahlbeck D, et al. A pathogeninducible endogenous siRNA in plant immunity［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103（47）：18002-18007.

［50］Saze H, Tsugane K, Kanno T, et al. DNA methylation in plants：relationship to small RNAs and histone modifications, and functions in transposon inactivation［J］. Plant & Cell Physiology, 2012, 53（5）：766-784.