《Journal of Integrative Plant Biology》：Role of the tomato MARS1/ROUGH gene encoding a LYSINE-SPECIFIC HISTONE DEMETHYLASE 1 in adventitious root and fruit skin formation
编辑推荐：
与动物不同，植物具有显著的再生能力，能够在损伤或环境变化的刺激下，由成体组织中少量细胞形成新的器官甚至完整植株。本研究报道了番茄下胚轴外植体中不定根再生能力增强的突变体 more adventitious roots1-1（mars1-1）。该突变体的果实表面
与动物不同，植物具有显著的再生能力，能够在损伤或环境变化的刺激下，由成体组织中少量细胞形成新的器官甚至完整植株。本研究报道了番茄下胚轴外植体中不定根再生能力增强的突变体 more adventitious roots1-1（mars1-1）。该突变体的果实表面粗糙，原因是亚表皮细胞异位增殖并在角质层下形成愈伤样结构。MARS1/ROUGH基因编码一个保守的赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶 SlLDL1，该酶在后生动物中参与调控细胞增殖、干细胞多能性及胚胎发生等过程。研究人员构建了两个 CRISPR/Cas9 缺失等位基因 mars1-2和 mars1-3，并对其多效表型进行了表征。染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）结果显示，mars1/rough基因组特定区域的组蛋白 H3 第 4 位赖氨酸甲基化水平升高。为解析表观遗传修饰变化对 mars1/rough突变体基因表达调控的影响，研究人员分析了不定根形成过程中番茄下胚轴的转录组。利用特定的生物信息学流程及定向 RNA-seq 数据的分辨率，研究人员在 mars1/rough突变体中鉴定出数十个 de novo表达的独特基因组区域，其中一个区域包含一个在 mars1/rough突变体中上调的新型 B 型周期蛋白基因，可能解释不定根和果皮表型的成因。研究结果表明，SlLDL1 在维持特定基因组区域的沉默中发挥重要作用，这些区域对组织特异性重编程至关重要。
本研究发表于《Journal of Integrative Plant Biology》，围绕番茄组蛋白去甲基化酶 SlLDL1 在器官再生与果实发育中的表观遗传调控机制展开。植物再生能力是农业育种和生物技术应用的重要基础，但不定根形成的分子调控网络尚不完全清楚，特别是组蛋白修饰在器官发生中的作用仍待深入解析。研究人员以微型番茄品种 Micro-Tom 为材料，结合正向遗传筛选与反向验证，揭示了 SlLDL1 通过去除组蛋白 H3 第 4 位赖氨酸单甲基化和二甲基化（H3K4me1/2）维持基因沉默，进而调控不定根发生与果皮细胞增殖的分子机理。这一发现拓展了人们对植物表观遗传调控器官发生的理解，也为作物抗逆与再生改良提供了潜在靶点。
关键技术方法包括：从 EMS 诱变群体筛选获得 mars1-rough突变体，利用 CRISPR/Cas9 技术构建缺失突变体；采用染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）检测组蛋白修饰变化；结合高通量 RNA-seq 转录组分析差异表达基因；通过病毒诱导基因沉默（VIGS）验证候选基因功能；并利用组织学与荧光报告系统观察激素响应与细胞增殖动态。
研究结果如下：
Identification of mutants affected in wound-induced adventitious root formation and fruit skin formation
研究人员在 EMS 诱变的 Micro-Tom 群体中筛选到不定根数量显著增加的突变体 mars1-1，其果实表面粗糙并伴随亚表皮细胞异常增殖，果皮角质层成分改变，花序分枝增多。表型分离符合隐性遗传特征。
Molecular identification of the MARS1/ROUGHgene encoding a LYSINE-SPECIFIC HISTONE DEMETHYLASE 1-LIKE (LDL) protein
通过混池测序与精细定位，将目标基因定位至第 10 号染色体上的 Solyc10g047350，该基因编码一个与动物 LSD1/KDM1A 同源的蛋白 SlLDL1。CRISPR/Cas9 缺失突变体 mars1-2和 mars1-3表现出比 EMS 突变体更强的表型，包括不定根增多、果实表皮突起、种子萌发缺陷等，验证了该基因的功能。
mars1/roughmutants affect hormone regulation during de novoorgan formation
激素响应报告系统显示，突变体在损伤后生长素响应显著增强，细胞分裂素响应下降，导致不定根形成加快而芽再生延迟，表明 SlLDL1 影响生长素与细胞分裂素的动态平衡。
Gene expression profile at the base of the hypocotyl explants of mars1/roughmutants during the early stages of adventitious root formation
转录组分析发现，突变体中大量原本沉默的基因被激活，尤其集中在富含长链非编码 RNA（lncRNA）的基因组区域，且这些基因在野生型中几乎不表达。
SlLDL1 is involved in the maintenance of methylated histone 3 lysine 4
蛋白免疫印迹证实，突变体中 H3K4me1 和 H3K4me2 水平显著升高，而 H3K4me3 无显著变化，说明 SlLDL1 特异性去除 H3K4me1/2。
H3K4 methylation marks are altered in interspersed heterochromatin regions in mars1/roughmutants
ChIP-seq 分析显示，突变体中异染色质区域的 H3K4me1 信号显著增强，并与邻近基因的异常激活相关。
Functional validation of the candidate gene cluster responsible for the mars1/roughphenotype
在第 4 号染色体上鉴定到一个包含 Solyc04g081650 和 Solyc04g081660 的候选基因簇，这两个基因在突变体中异位表达，编码部分同源的 B 型周期蛋白。VIGS 沉默实验证明，抑制这两个基因可恢复突变体的果实表皮与不定根表型。
讨论部分指出，SlLDL1 通过去除 H3K4me1/2 维持特定基因组区域的沉默，防止细胞分裂相关基因异常激活。突变体中异位表达的截短型 B 型周期蛋白可能通过延长与 CDK 的结合时间，增强细胞分裂活性，从而促进不定根形成与果皮突起。这一机制在番茄再生与发育中具有普遍意义，并为理解植物表观遗传调控网络提供了新的视角。研究结论表明，SlLDL1 介导的组蛋白去甲基化是植物组织重编程与器官发生的关键表观遗传屏障，其功能缺失会导致发育失衡与再生能力改变。
