PNAS | 油菜素内酯抑制植物免疫的表观遗传调控机制

植物生长与免疫的权衡调控是植物学的重要科学问题。激活防御反应往往伴随生长抑制，而旺盛的营养生长通常以降低免疫抗性为代价。类固醇激素油菜素甾醇（Brassinosteroids, BRs）是调控植物生长发育的核心激素，同时也是植物免疫的重要抑制因子，但其介导免疫抑制的分子机制多聚焦于转录层面的直接调控，其是否通过表观遗传途径精细调控免疫受体活性尚不清楚。

近日，慕尼黑工业大学Brigitte Poppenberger课题组在PNAS在线发表了题为Brassinosteroid-regulated transcription factors confer epigenetic changes that repress plant immunity的研究论文。该研究发现BR信号下游的bHLH转录因子CESTA（CES）及其同源蛋白BEE1-3，通过重塑转座子富集区的 DNA甲基化状态，介导NLR类免疫受体基因的可变剪接，从表观遗传与转录后层面双重抑制植物免疫，为理解植物生长—防御权衡的分子调控提供了全新框架。

已有研究表明，CES是BR信号下游的经典bHLH转录因子，主要正调控BR 介导的生长发育与激素生物合成，但其也具备抑制基因表达的功能。研究团队首先以拟南芥—霜霉病菌（Hyaloperonospora arabidopsidis, Hpa）病理系统为切入点，系统分析了CES功能获得与缺失突变体的抗病表型。研究发现，CES功能获得突变体（ces-D、35S:CES过表达株系）对Hpa的抗性显著降低；而CES及同源BEE基因的高阶功能缺失突变体（ces-tM、ces-qM）则抗病性显著提升。通过转录组与蛋白质组联合分析，研究团队发现，CES抑制免疫相关基因的表达与病菌诱导响应，包括水杨酸（SA）通路标志性基因PR1/PR2/PR5、免疫调控因子PAD4/EDS5，以及多个类受体激酶与NLR编码基因。同时，CES负调控植物活性氧（ROS）爆发，多个ROS响应关键蛋白在ces缺失突变体中显著上调。这表明，CES是植物基础免疫的重要负调控因子，在转录与蛋白层面抑制防御反应。

进一步研究发现， CES功能缺失与获得突变体均呈现全基因组范围的DNA 甲基化差异，其差异甲基化区域（DMR）的分布特征与DNA甲基转移酶 DRM2、DNA糖基化酶ROS1的突变体高度相似，表明CES 参与了 RNA 指导的 DNA 甲基化（RdDM）与主动去甲基化过程。在序列与基因组分布特征上，差异甲基化主要富集于CHH序列环境，且集中在转座子（TE）富集的基因组区域。其中，包含经典NLR基因SNC1、RPP4的 RPP5 基因簇是 CES 甲基化调控的核心靶点。这种调控模式同样存在于RPP2A/B、RPP7、WRR4 等多个免疫受体基因簇中，说明CES通过表观重编程对植物免疫相关基因组区域实现了全局调控。

CES作为转录因子如何同时介导DNA甲基化重塑与基因表达的精细调控？进一步研究发现，CES不仅结合SWR1染色质重塑复合体的核心组分（SWC4、ARP4），还大量富集剪接体相关蛋白，包括已知调控SNC1剪接的MOS4相关复合体（MAC）核心组分。此前研究已证实，BR信号可诱导CES发生SUMO化修饰并富集于细胞核内的亚核体结构中。该研究进一步发现，组成型定位于核体的CES突变蛋白（CESS75A+S77A）能显著增强与MAC等剪接因子的互作强度，说明BR诱导的核体定位是CES发挥剪接调控功能的重要空间基础。

后续功能实验验证了CES对SNC1基因的直接调控效应。ChIP实验证明 CES可结合在SNC1位点的上游区域；可变剪接分析显示，CES并不改变SNC1的总转录水平，但显著改变其剪接异构体的比例 ，在ces-D 突变体中，具有完整LRR结构域、介导免疫功能的SNC1.1亚型丰度大幅下降，而截短型的SNC1.3亚型占主导；ces-qM突变体则呈现完全相反的剪接模式，揭示了CES通过可变剪接在转录后层面灭活免疫受体的全新调控机制。

综上所述，该研究揭示了BR抑制植物免疫的全新表观遗传与转录后调控机制。CES作为该通路的核心枢纽，通过SUMO化依赖的核体定位，协同染色质重塑机器与剪接复合体，在多个NLR基因簇层面实现免疫活性的精细微调。

该机制不仅解释了植物如何在快速生长阶段适度抑制免疫、避免能量浪费，也为作物抗病分子育种提供了新的策略。不同于完全敲除或过表达免疫基因，通过微调CES类调控因子的活性与亚细胞定位，有望在提升作物广谱抗病性的同时，最大程度降低生长—防御权衡带来的产量损失，为高产高抗作物的分子设计提供了全新靶标。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2532739123