作为植物普遍具有的一种次生代谢产物，花青素在植物的生理调节和环境适应中扮演着重要的作用。如赋予植物万紫千红的颜色，帮助粉和种子传播，不但能作为光屏障保护植物免受紫外线的伤害，参与植物对病原体和食草动物的防御和其他环境胁迫的适应，还能帮助植物花粉和种子的传播，在植物繁殖中具有关键作用。然而，花青素的过量积累，则反而会阻碍光合作用，并危害植物的正常生长发育。因此，在长期进化中，植物建立了适应外界环境而精准控制花青素合成的遗传机制。其中，花青素合成对环境光照条件最为敏感，响应极为迅速。目前，已经报道CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1/SUPPRESSOR OF PHYA-105 (COP1/SPA)复合体在控制光诱导的植物花青素生物合成中具有重要作用。然而，植物在光下如何精准控制花青素合成，从而避免过量花青素积累的潜在危害仍鲜为人知。

近日，生命科学学院罗克明教授课题组在New Phytologist在线发表了题为Epigenetic regulation of high light-induced anthocyanin biosynthesis by histone demethylase IBM1 in Arabidopsis的研究论文，揭示了组蛋白去甲基化酶的IBM1在光诱导花青素合成中的表观遗传调控新机制，为完善对植物花青素合成精准适应环境光照条件机理的认识提供了新的层面。

该研究首先发现在拟南芥莲座叶中IBM1的表达受高光胁迫的诱导。随后发现，IBM1的突变使植物对环境光更敏感，导致高光下花青素的过量积累，并促进了花青素合成余调控通路基因的表达（图1），表明IBM1在拟南芥花青素合成适应环境光照中扮演了重要作用。

图1. IBM1突变导致高光下的花青素过量积累

通过高通量筛选，发现在高光下IBM1可以与SPA1、SPA3、SPA4染色质位点结合并去除该位点的H3K9甲基化和非CG的DNA甲基化，从而释放其表达。而在IBM1突变体中，这些SPA基因的H3K9和DNA甲基化水平在高光下仍然维持较高的水平从而限制了SPA的表达水平。为了验证高光下IBM1介导的花青素合成调控是否依赖SPA，通过Cas9技术构建了ibm1/spa1/3/4四重突变体。遗传分析显示，ibm1/spa1/3/4四重突变体呈现与spa1/3/4三重突变体相似的花青素积累水平。而在ibm1突变体中超表达SPA1可以抑制IBM1功能缺失所引起的花青素过量积累。这些结果证明IBM1主要通过表观调控SPA基因的表达从而抑制高光诱导的植物花青素过量积累。

综上所述，研究发现了H3K9特异的组蛋白脱甲基酶IBM1在拟南芥花青素合成精细调控中的功能，揭示了IBM1通过对SPA1/3/4基因的表观调控从而抑制高光诱导花青素合成的机制（图2）。首次阐明了表观调控在防止植物体内花青素过量积累的危害中的重要作用，为全面认识植物对环境光照精准适应机理提供了一个新的层面。

图2. IBM1在光诱导花青素合成中的工作模式图

西南大学生命科学学院范迪副教授和博士后王显强为本文的共同第一作者，罗克明教授为通讯作者。西南大学生命科学学院已毕业和在读研究生刘婷婷、刘慧敏、彭莹莹等，及博士研究生孙宽等参与了本项工作。该项研究得到了国家自然科学基金，重庆市英才计划人才项目的资助及西部（重庆）科学城种质创制大科学中心的支持。

原文连接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19789