鐵（Fe）是植物必需的微量營養元素，缺鐵對植物生長、產量和食物品質有重要影響。現時關於水稻缺鐵的研究主要集中在調控鐵穩態的功能基因的挖掘及基因調控關係方面，而錶觀遺傳修飾在水稻響應缺鐵環境時所扮演的角色尚不明確。
2021年5月12日，浙江大學壽惠霞課題組在The Plant Journal雜誌線上發表了題為DNA methylation is involved in acclimation to iron deficiency in rice（Oryza sativa）的研究論文，首次揭示了DNA超甲基化對於水稻適應缺鐵環境的重要作用。
研究人員通過對在缺鐵和正常環境下生長野生型水稻（WT）的根和地上組織進行全基因組甲基化測序（WGBS）分析發現，水稻在經歷缺鐵後會在基因附近產生大量以CHH類型為主的超甲基化區域，且普遍出現在轉座子（TE）區域。
通過對缺鐵響應基因的轉錄變化與DNA甲基化變化關聯分析，研究人員進一步發現，調控鐵響應基因的鐵訊號通路覈心轉錄因數OsbHLH156和IRO2在缺鐵條件下發生了顯著的差异甲基化。
為了驗證DNA甲基化變化在水稻應對缺鐵環境的作用，研究人員通過外源施用DNA甲基轉移酶抑制劑5-氮雜胞苷（Aza），研究了甲基化變化對缺鐵水稻的生理和分子反應的影響。結果發現Aza處理使得水稻鐵訊號通路覈心轉錄因數的DNA甲基化水准降低，植株生長和鐵含量降低。考慮到Aza處理可能對水稻造成未知的毒性，本研究還針對全基因組CHH類型甲基化水准顯著降低的osdrm2突變體進行了與Aza實驗相同的錶型分析和基因表達分析，結果支持了Aza處理的有效性和可靠性。
綜上所述，該研究揭示了水稻通過提高特定區域DNA甲基化水准以適應缺鐵環境的機制，並提出通過影響鐵訊號通路覈心轉錄因數表達進而影響鐵穩態的可能。該研究為培育抗缺鐵水稻資料提供了新思路。
浙江大學博士研究生孫碩和朱佳美為本文共同第一作者，壽惠霞教授為通訊作者。澳大利亞拉籌伯大學James Whelan院士參與了該研究工作。該研究得到浙江省重點專案，科學技術部重點研發項目和教育部引智計畫項目的支持。
論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15318
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