CsJMJ16基因通过表观遗传机制激活木质素生物合成，从而增强了柑橘类植物对Penicillium digitatum（指状青霉）的抗性

《Postharvest Biology and Technology》：Epigenetic activation of lignin biosynthesis by CsJMJ16 confers enhanced resistance to Penicillium digitatum in citrus

【字体：大中小】 时间：2026年03月03日 来源：Postharvest Biology and Technology 6.8

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　　本研究发现柑橘中CsJMJ16通过去除H3R2me2a抑制标记激活木质素合成相关基因（如COMT、PAL等），显著降低绿霉病病斑直径达34%（3dpi）和17.6%（4dpi），为柑橘抗病性调控提供了新机制。

曾静|李婷|刘梦婷|段晓燕|彭洁春|李志伟|姜国祥|姜月明|段学武

中国科学院华南植物园应用植物学广东省重点实验室，广州510650，中国

摘要

由Penicillium digitatum（P. digitatum）引起的绿霉病是柑橘果实采后损失的主要原因之一。尽管木质化被认为是一种重要的防御反应，但在病原体感染期间控制木质素生物合成的表观遗传机制仍大部分未知。在这里，我们发现柑橘组蛋白去甲基化酶CsJMJ16是木质素介导的防御反应的关键调节因子。在柑橘果皮中短暂过表达CsJMJ16显著增强了对抗P. digitatum的能力，在感染后3天（dpi）使病斑直径减少了约34%，在4 dpi时减少了17.6%，同时伴随着木质素的增加。转录组分析显示，CsJMJ16激活了多个与防御相关的途径，包括苯丙素代谢和细胞壁强化。生化实验表明，CsJMJ16特异性地去除了抑制性的H3R2me2a标记。与此活性一致，ChIP-qPCR分析显示，在关键木质素生物合成基因（COMT、PAL、CCR、CSE、4CL和POD31）的启动子上，H3R2me2a的富集度降低，同时这些基因的转录水平上调。这些发现共同证明了CsJMJ16作为木质素生物合成的表观遗传激活因子，增强了柑橘对真菌感染的防御能力。这项工作为组蛋白修饰调控的植物免疫提供了新的机制见解，并强调了CsJMJ16作为提高柑橘采后抗病性的有希望的目标。

引言

植物不断面临各种环境胁迫，包括病原体入侵和昆虫取食。在植物进化出的主要防御策略中，胁迫诱导的木质化起到了限制病原体侵入和增强细胞壁硬度的基本屏障作用。木质素的沉积提高了机械强度，限制了病原体的定殖，并通常与其他免疫反应协同作用以限制疾病的发展（He等人，2020年；Lamalakshmi Devi等人，2017年；Ma等人，2018年）。由于木质素在结构防御中的关键作用，其生物合成已成为研究植物免疫和胁迫适应的重点。

在过去的几十年里，木质素生物合成途径已被广泛研究。它起源于一般的苯丙素途径，由三种关键酶介导：苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、4-羟基肉桂酸辅酶A连接酶（4CL）和肉桂酸4-羟化酶（C4H）。随后的反应涉及木质素特异性酶，包括肉桂酰辅酶A还原酶（CCR）、肉桂醇脱氢酶（CAD）、咖啡酸O-甲基转移酶（COMT）等，这些酶共同产生羟基苯（H）、桂酰（G）和丁香酰（S）木质素单体（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）。遗传和生化证据强烈支持木质素及其单木质素途径基因对植物免疫反应的贡献。木质素含量减少或单体组成改变通常与疾病易感性增加相关，而木质化增强则常常与更强的病原体抗性相关（Wei等人，2017年）。例如，在拟南芥中下调COMT和CAD会降低对Pseudomonas syringae的抗性（Tonnessen等人，2015年；Tronchet等人，2010年），而激活与木质化相关的转录因子，如MYB15、GbERF1家族成员和WRKY家族成员，则通过促进木质素合成来增强抗性（Chezem等人，2017年；Guo等人，2016年；Hou等人，2021年）。这些发现表明，木质素生物合成紧密整合到了植物的免疫调控网络中。

表观遗传修饰，特别是组蛋白甲基化，越来越被认为是调节植物免疫的关键机制。组蛋白甲基化动态由组蛋白甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶（HDMs）的相反作用控制。Jumonji C（JmjC）家族的HDMs是一类依赖Fe(II)/α-酮戊二酸的双加氧酶，能够催化从组蛋白尾部的赖氨酸或精氨酸残基上去除甲基（Lu等人，2008年；Zhou和Hu，2010年）。JmjC蛋白调节多种生理过程，包括生长、发育、开花、昼夜节律、种子萌发、叶片衰老和果实成熟（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，几种JmjC蛋白参与了植物免疫。例如，OsJMJ705通过去除防御基因位点上的抑制性H3K27me3标记来增强水稻的抗性（Li等人，2013年），而JMJ27在拟南芥受到胁迫时调节JA响应基因（Dutta等人，2017年）。值得注意的是，这些HDMs主要在模式植物或一年生作物的营养组织中起作用，并且它们的表观遗传靶标主要是赖氨酸甲基化标记。相比之下，组蛋白精氨酸甲基化在植物免疫中的作用，特别是在采后果实中，仍然很大程度上未被探索。此外，目前还不清楚是否有任何HDM直接调节结构防御成分（如木质素）的生物合成，而不仅仅是信号基因。

在这项研究中，基于对柑橘JMJ家族在P. digitatum感染期间的初步表达筛选，我们确定了CsJMJ16是一种对病原体有响应的JmjC结构域蛋白。鉴于其与已知精氨酸去甲基化酶的系统发育关系，我们假设CsJMJ16通过去除抑制性的精氨酸甲基化标记并激活抗性反应来增强柑橘果实对P. digitatum的抗性。通过综合的生化、转录组和表观遗传分析，我们证明CsJMJ16作为一种H3R2me2a特异性去甲基化酶，激活了关键的木质素生物合成基因，从而增强了柑橘果实中的木质素介导的防御。这些发现表明CsJMJ16是提高采后抗病性的一个有希望的候选因子。

部分摘录

植物材料和真菌病原体

从中国江西省赣州市的一个商业种植园中收获了大小和颜色均匀的甜橙（Citrus sinensis（L.）果实。将没有可见病原体或机械损伤的果实用2%（v/v）次氯酸钠（NaClO）表面消毒2分钟，然后用蒸馏水彻底冲洗，并在25°C下空气干燥2小时，再进行实验。

真菌病原体P. digitatum（来自中国重庆的西南大学）在

CsJMJ16的鉴定和表达分析

含有Jumonji C（JmjC）结构域的蛋白质已知调节多种生物过程，包括植物的发育、胁迫反应和免疫。在我们之前的全基因组分析中，我们在甜橙（Citrus sinensis）中鉴定出了17个潜在的CsJMJ基因，其中CsJMJ16在P. digitatum感染后显著上调（Zeng等人，2025a）。时间进程分析显示，随着疾病的发展，CsJMJ16逐渐且显著地上调（图1A），这表明

讨论

组蛋白精氨酸甲基化是一种关键的表观遗传机制，动态调节染色质结构和基因转录。这种修饰由蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）催化，生成单甲基精氨酸（MMA）或二甲基精氨酸，形成对称（SDMA）或不对称（ADMA）构型（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）结构域的氧化酶已成为

结论

总之，我们的研究表明，柑橘组蛋白去甲基化酶CsJMJ16通过促进木质素生物合成，在增强对P. digitatum的抗性方面起着关键作用。我们发现CsJMJ16作为H3R2me2a去甲基化酶，去除了关键木质素生物合成基因的抑制性组蛋白标记，导致这些基因的转录激活和柑橘果皮中木质素的积累增加（图7）。这些发现为

CRediT作者贡献声明

彭洁春：方法学。李志伟：方法学。段晓燕：方法学。曾静：写作——原始草稿、方法学、研究、正式分析。李婷：方法学、研究。刘梦婷：方法学。姜国祥：方法学。姜月明：写作——审阅与编辑。段学武：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。