《Postharvest Biology and Technology》：Epigenetic activation of lignin biosynthesis by CsJMJ16 confers enhanced resistance to
Penicillium digitatum in citrus
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本研究發現柑橘中CsJMJ16通過去除H3R2me2a抑制標記激活木質素合成相關基因（如COMT、PAL等），顯著降低綠霉病病斑直徑達34%（3dpi）和17.6%（4dpi），為柑橘抗病性調控提供了新機制。
曾靜|李婷|劉夢婷|段曉燕|彭潔春|李志偉|姜國祥|姜月明|段學武
中國科學院華南植物園應用植物學廣東省重點實驗室，廣州510650，中國
摘要
由Penicillium digitatum（P. digitatum）引起的綠霉病是柑橘果實采后損失的主要原因之一。盡管木質化被認為是一種重要的防御反應，但在病原體感染期間控制木質素生物合成的表觀遺傳機制仍大部分未知。在這里，我們發現柑橘組蛋白去甲基化酶CsJMJ16是木質素介導的防御反應的關鍵調節因子。在柑橘果皮中短暫過表達CsJMJ16顯著增強了對抗P. digitatum的能力，在感染后3天（dpi）使病斑直徑減少了約34%，在4 dpi時減少了17.6%，同時伴隨著木質素的增加。轉錄組分析顯示，CsJMJ16激活了多個與防御相關的途徑，包括苯丙素代謝和細胞壁強化。生化實驗表明，CsJMJ16特異性地去除了抑制性的H3R2me2a標記。與此活性一致，ChIP-qPCR分析顯示，在關鍵木質素生物合成基因（COMT、PAL、CCR、CSE、4CL和POD31）的啟動子上，H3R2me2a的富集度降低，同時這些基因的轉錄水平上調。這些發現共同證明了CsJMJ16作為木質素生物合成的表觀遺傳激活因子，增強了柑橘對真菌感染的防御能力。這項工作為組蛋白修飾調控的植物免疫提供了新的機制見解，并強調了CsJMJ16作為提高柑橘采后抗病性的有希望的目標。
引言
植物不斷面臨各種環境脅迫，包括病原體入侵和昆蟲取食。在植物進化出的主要防御策略中，脅迫誘導的木質化起到了限制病原體侵入和增強細胞壁硬度的基本屏障作用。木質素的沉積提高了機械強度，限制了病原體的定殖，并通常與其他免疫反應協同作用以限制疾病的發展（He等人，2020年；Lamalakshmi Devi等人，2017年；Ma等人，2018年）。由于木質素在結構防御中的關鍵作用，其生物合成已成為研究植物免疫和脅迫適應的重點。
在過去的幾十年里，木質素生物合成途徑已被廣泛研究。它起源于一般的苯丙素途徑，由三種關鍵酶介導：苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、4-羥基肉桂酸輔酶A連接酶（4CL）和肉桂酸4-羥化酶（C4H）。隨后的反應涉及木質素特異性酶，包括肉桂酰輔酶A還原酶（CCR）、肉桂醇脫氫酶（CAD）、咖啡酸O-甲基轉移酶（COMT）等，這些酶共同產生羥基苯（H）、桂酰（G）和丁香酰（S）木質素單體（Boerjan等人，2003年；Vanholme等人，2013年；Zhang等人，2020年；Vanholme等人，2010年；Yao等人，2021年）。遺傳和生化證據強烈支持木質素及其單木質素途徑基因對植物免疫反應的貢獻。木質素含量減少或單體組成改變通常與疾病易感性增加相關，而木質化增強則常常與更強的病原體抗性相關（Wei等人，2017年）。例如，在擬南芥中下調COMT和CAD會降低對Pseudomonas syringae的抗性（Tonnessen等人，2015年；Tronchet等人，2010年），而激活與木質化相關的轉錄因子，如MYB15、GbERF1家族成員和WRKY家族成員，則通過促進木質素合成來增強抗性（Chezem等人，2017年；Guo等人，2016年；Hou等人，2021年）。這些發現表明，木質素生物合成緊密整合到了植物的免疫調控網絡中。
表觀遺傳修飾，特別是組蛋白甲基化，越來越被認為是調節植物免疫的關鍵機制。組蛋白甲基化動態由組蛋白甲基轉移酶和組蛋白去甲基化酶（HDMs）的相反作用控制。Jumonji C（JmjC）家族的HDMs是一類依賴Fe(II)/α-酮戊二酸的雙加氧酶，能夠催化從組蛋白尾部的賴氨酸或精氨酸殘基上去除甲基（Lu等人，2008年；Zhou和Hu，2010年）。JmjC蛋白調節多種生理過程，包括生長、發育、開花、晝夜節律、種子萌發、葉片衰老和果實成熟（Cho等人，2012年；Ding等人，2022年；Lee等人，2018年；Li等人，2024年；Song等人，2019年；Yu等人，2008年；Zheng等人，2019年）。最近有研究表明，幾種JmjC蛋白參與了植物免疫。例如，OsJMJ705通過去除防御基因位點上的抑制性H3K27me3標記來增強水稻的抗性（Li等人，2013年），而JMJ27在擬南芥受到脅迫時調節JA響應基因（Dutta等人，2017年）。值得注意的是，這些HDMs主要在模式植物或一年生作物的營養組織中起作用，并且它們的表觀遺傳靶標主要是賴氨酸甲基化標記。相比之下，組蛋白精氨酸甲基化在植物免疫中的作用，特別是在采后果實中，仍然很大程度上未被探索。此外，目前還不清楚是否有任何HDM直接調節結構防御成分（如木質素）的生物合成，而不僅僅是信號基因。
在這項研究中，基于對柑橘JMJ家族在P. digitatum感染期間的初步表達篩選，我們確定了CsJMJ16是一種對病原體有響應的JmjC結構域蛋白。鑒于其與已知精氨酸去甲基化酶的系統發育關系，我們假設CsJMJ16通過去除抑制性的精氨酸甲基化標記并激活抗性反應來增強柑橘果實對P. digitatum的抗性。通過綜合的生化、轉錄組和表觀遺傳分析，我們證明CsJMJ16作為一種H3R2me2a特異性去甲基化酶，激活了關鍵的木質素生物合成基因，從而增強了柑橘果實中的木質素介導的防御。這些發現表明CsJMJ16是提高采后抗病性的一個有希望的候選因子。
部分摘錄
植物材料和真菌病原體
從中國江西省贛州市的一個商業種植園中收獲了大小和顏色均勻的甜橙（Citrus sinensis（L.）果實。將沒有可見病原體或機械損傷的果實用2%（v/v）次氯酸鈉（NaClO）表面消毒2分鐘，然后用蒸餾水徹底沖洗，并在25°C下空氣干燥2小時，再進行實驗。
真菌病原體P. digitatum（來自中國重慶的西南大學）在
CsJMJ16的鑒定和表達分析
含有Jumonji C（JmjC）結構域的蛋白質已知調節多種生物過程，包括植物的發育、脅迫反應和免疫。在我們之前的全基因組分析中，我們在甜橙（Citrus sinensis）中鑒定出了17個潛在的CsJMJ基因，其中CsJMJ16在P. digitatum感染后顯著上調（Zeng等人，2025a）。時間進程分析顯示，隨著疾病的發展，CsJMJ16逐漸且顯著地上調（圖1A），這表明
討論
組蛋白精氨酸甲基化是一種關鍵的表觀遺傳機制，動態調節染色質結構和基因轉錄。這種修飾由蛋白質精氨酸甲基轉移酶（PRMTs）催化，生成單甲基精氨酸（MMA）或二甲基精氨酸，形成對稱（SDMA）或不對稱（ADMA）構型（Litt等人，2009年；Zhang等人，2019年；Bedford和Clarke，2009年；Mosammaparast和Shi，2010年）。最近，含有Jumonji C（JmjC）結構域的氧化酶已成為
結論
總之，我們的研究表明，柑橘組蛋白去甲基化酶CsJMJ16通過促進木質素生物合成，在增強對P. digitatum的抗性方面起著關鍵作用。我們發現CsJMJ16作為H3R2me2a去甲基化酶，去除了關鍵木質素生物合成基因的抑制性組蛋白標記，導致這些基因的轉錄激活和柑橘果皮中木質素的積累增加（圖7）。這些發現為
CRediT作者貢獻聲明
彭潔春：方法學。李志偉：方法學。段曉燕：方法學。曾靜：寫作——原始草稿、方法學、研究、正式分析。李婷：方法學、研究。劉夢婷：方法學。姜國祥：方法學。姜月明：寫作——審閱與編輯。段學武：寫作——審閱與編輯、監督、項目管理、資金獲取。
致謝
本工作得到了中國國家重點研發計劃（編號2024YFD1600300）、廣東省基礎與應用基礎研究基金（編號2025A1515010612）和國家自然科學基金（編號32302184）的支持。我們感謝西南大學的曾凱芳博士慷慨提供P. digitatum。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的競爭性財務利益或個人關系。
