aBIOTECH | 段成国团队揭示拟南芥免疫转录重编程的表观调控机制

植物免疫系统的激活高度依赖转录组的快速重编程，而免疫信号诱导的染色质与表观修饰稳态的动态变化如何协同参与这一过程，此前尚缺乏系统认识。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心与中山大学农业与生物技术学院段成国团队在aBIOTECH 发表了题为“Chromatin accessibility and histone landscapes define immune signal-specific transcriptional reprogramming in Arabidopsis”的研究论文。该研究系统比较了水杨酸（SA）和经典PAMP分子细菌鞭毛蛋白衍生肽flg22这两种典型免疫分子在拟南芥中诱导的表观基因组动态变化，揭示了它们对染色质可及性及组蛋白修饰的不同调控模式，并进一步阐明了这些变化与免疫相关基因转录激活之间的内在联系。

研究团队联合运用RNA-seq、ChIP-seq和ATAC-seq技术，系统检测了转录组、组蛋白修饰以及染色质可及性）在两种免疫分子处理前后的动态变化，发现SA和flg22处理均可引发广泛的转录波动和染色质重塑，但其表观调控路径存在明显分化。SA处理显著促进了H3K4me3沉积与H3全局乙酰化（H3Ac）的协同增强（图1A，B），且这种变化与免疫基因位点染色质可及性的提升高度相关；而flg22诱导的基因激活则主要伴随H3Ac水平显著上升，H3K4me3变化相对有限（图1A，B），提示不同免疫信号在表观层级上采用了差异化的调控策略。进一步分析表明，染色质可及性的增加与免疫响应基因的激活密切相关，并与H3K4me3及H3Ac水平呈正相关（图1C，D）。网络分析结果进一步突出NPR1、ICS1、PR1及蛋白酶体相关基因在SA介导免疫响应中的核心调控地位。

为系统解析表观修饰在免疫调控中的功能，研究团队首先对野生型拟南芥（Col-0）在SA和flg22处理下的转录动态进行刻画，这两种处理分别代表了系统获得性防御和PTI触发免疫的典型模式。随后的ChIP-seq分析覆盖了七种组蛋白修饰标记（H3Ac、H3K4me1、H3K4me2、H3K4me3、H3K9me2、H3K27me3及H3K36me3）。结果显示，H3Ac与H3K4me3是SA或flg22响应过程中最为关键的修饰类型，而H3K4me2可能仅发挥辅助性或情境依赖的调节作用（图1A，B）。

深入分析表明，SA与flg22均可诱导组蛋白修饰发生显著且靶标特异性的变化，但模式截然不同：SA促进免疫位点H3Ac与H3K4me3协同增加，而flg22则引起更为多样化、基因特异性更强的修饰变化（图1A，B）。这种差异性修饰重排可能为植物应对多种病原体刺激时实现免疫激活的广谱性与特异性提供表观层面的调控柔性。

ATAC-seq数据进一步揭示，SA和flg22均能特异性增强免疫相关位点的染色质可及性，从而有利于转录重编程的推进。在SA响应过程中，染色质开放程度的提升与H3K4me3/H3Ac的协同变化相耦联，共同促进防御基因的稳健激活；而flg22则更侧重于H3Ac的局部富集，辅以染色质重塑和少量H3K4me3变化，驱动特定免疫基因的精准表达（图1C，D）。

综合多组学数据，研究提出染色质可及性可作为免疫信号与转录调控之间的核心整合枢纽（图2）。SA与flg22尽管均能在转录层面激活免疫基因，却分别依赖“H3K4me3+H3Ac协同富集”与“H3Ac主导型”两种表观策略实现信号特异性输出。这一发现凸显了植物表观调控的高度可塑性与情境依赖性，能够依据免疫需求灵活定制基因表达程序。

该研究得到了植物性状形成与塑造全国重点实验室的资助。中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士生余定天，已毕业博士生谢思思为本文的共同第一作者，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中山大学农业与生物技术学院段成国研究员/教授为本文通讯作者。

引用本文：

Yu D-T, Xie S-S, Duan C-G. Chromatin accessibility and histone landscapes define immune signal-specific transcriptional reprogramming in Arabidopsis. aBIOTECH 2026:100061.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100061

aBIOTECH已于2026年1月正式转至Elsevier以金色OA模式出版，最新投稿地址：

https://www.sciencedirect.com/journal/abiotech

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