Hortic Res 综述 | 沈阳农业大学孙红梅团队系统综述组蛋白甲基化在植物发育和环境适应中的动态调控机制

组蛋白甲基化是表观遗传调控的关键机制之一，在植物生长发育及环境适应过程中发挥重要功能。近年来，随着全基因组学与蛋白质组学技术的快速发展，人们对表观遗传调控网络的理解不断深入，相关研究也为园艺作物品质改良和抗逆育种提供了新思路。

2026年第5期，Horticulture Research 在线发表了沈阳农业大学园艺学院孙红梅教授团队题为Dynamic regulatory mechanisms of histone methylation in plant development and environmental adaptation 的综述文章。该文系统梳理了组蛋白H3K4、H3K9、H3K27和H3K36位点关键甲基化修饰在调控植物休眠以及胁迫响应中的功能特征，并整合了组蛋白甲基化与光信号、激素途径及TOR信号通路之间的调控关系，构建了组蛋白甲基化参与多重信号交汇的网络模型，提出其作为整合代谢、环境与发育信号的动态调控中枢的重要作用。

植物从休眠、萌发到开花及衰老关键发育阶段的转换，依赖于染色质水平的精细调控。组蛋白甲基化修饰，如H3K27me3、H3K4me3和H3K36me3等，通过动态调控染色质状态，决定发育相关基因的时空表达模式。在种子休眠调控中，PRC2复合体介导的H3K27me3沉积可抑制DOG1、ABI5 等基因，从而调控实现休眠的维持与解除；在多年生植物芽休眠中，H3K4me3的动态变化亦发挥重要作用。开花调控网络中，FLC 基因的表达受H3K27me3与H3K4me3的双重调控，ATX1催化H3K4me3促进其表达，而PRC2介导的H3K27me3则维持其沉默；春化过程中TOR信号与PRC2协同作用，进一步强化这一调控网络。在器官衰老进程中，SUVH、JMJ 、REF6 等组蛋白修饰因子通过调控衰老相关基因及乙烯信号通路组分，参与衰老进程的时序调控（图1）。

图1 组蛋白甲基化参与植物的生长与发育

在干旱胁迫响应中，COMPASS复合体催化的H3K4me3与JMJ类去甲基化酶介导的H3K4me2/3去除协同调控NCED 、COR 、SnRK 等关键基因的表达，参与脱落酸(ABA)介导的气孔运动、渗透调节与抗氧化防御；盐胁迫下，H3K4me3与H3K27me3在离子转运相关基因和ABA信号通路组分上的差异沉积模式，显著影响植物耐盐性；高温与低温胁迫过程中，H3K36me3和H3K27me3的动态变化参与热激蛋白及冷响应基因的快速激活。上述研究表明，组蛋白甲基化修饰通过协同或拮抗调控胁迫响应基因的表达状态，在植物逆境适应中发挥核心调控作用，为理解作物抗逆机制及培育高抗性品种提供了新的理论基础与表观调控策略（图2）。

图2 组蛋白甲基化参与植物逆境响应

该文进一步指出，组蛋白甲基化修饰并非孤立发挥作用，而是与光信号、TOR能量通路及激素网络紧密交织，共同构成多维调控体系。在光信号转导中，光受体phyB可通过VIL1-PRC2模块或与REF6、PIF协同作用，调节H3K27me3在关键基因位点的沉积与去除，从而精准控制生长与开花进程；蓝光及UV-A则通过H3K4甲基化影响叶片发育与代谢重组。与此同时，葡萄糖激活的TOR通路通过调控ATX1、CLF 及PRC2活性，动态重塑H3K4me3与H3K27me3水平，在生长与应激响应之间实现能量分配与转录重编程。该整合模型揭示了环境信号、代谢状态与表观遗传修饰之间的深度耦合，为精准调控植物发育与抗逆性提供了新的理论框架（图3）。

沈阳农业大学孙红梅教授为该论文通讯作者，博士生萨日娜与青年教师范馨月为该论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金（32372741\32302589）、辽宁省重点项目（2023JH1/10200010）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-23）的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhag047

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About Horticulture Research

《园艺研究（英文）》（Horticulture Research）是由南京农业大学主办的学术期刊，主要刊载园艺作物的基础和理论研究，包括遗传学、育种、组学和演化、园艺作物的起源及驯化、生物技术、生物化学、生理学和细胞与分子生物学，环境互作生物学等。科睿唯安JCR2024影响因子：8.5，位于园艺一区（第1/45名），植物科学一区（第10/273名），遗传学一区（第11/191名）。2025年中科院期刊分区：位于园艺小类一区，植物科学小类一区，遗传学小类一区，农林科学大类一区（Top期刊）。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划一期领军期刊，2024年入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊、2025年入选江苏科技期刊卓越行动计划领军期刊。

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特邀作者：萨日娜

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