英文标题：Chromatin Accessibility Mediated by CHROMATIN REMODELING 11 Promotes Chilling Tolerance in Rice

发表期刊：Plant Physiology（IF：6.5）

发表日期：2025年1月11日

通讯作者：邹保红教授，南京农业大学

低温是限制水稻生长和产量的主要环境因素之一。尽管已有研究表明染色质重塑在植物应对环境胁迫中起重要作用，然而其在低温胁迫中的具体机制仍不清楚。本研究通过ATAC-seq、RNA-seq和ChIP-seq等多组学联合分析，发现OsCHR11在低温胁迫下可以通过增加冷响应基因启动子区域的染色质可及性，促进转录因子结合，激活低温相关基因的表达，从而增强水稻的耐寒性。本研究揭示了染色质重塑因子CHR11在水稻耐寒性中的关键作用，为水稻耐寒品种开发和分子育种提供了新的思路。

为研究OsISWI在耐寒性中的作用，研究对chr11-1突变型进行了6°C冷处理。在28°C下，野生型NIP与chr11-1无显著差异，但在低温条件下，chr11-1表现出更高的冷敏感性。6°C处理4天并在28°C下恢复14天后，突变型存活率显著低于野生型NIP，并且突变型离子渗漏率显著增加，H2O2积累更多，细胞死亡率也更高。此外，chr11-6突变型和OsCHR11同源基因OsCHR17的两个突变型（chr17-2和chr17-3），在冷处理后也表现出更高的低温敏感性。

图1 OsCHR11正向调节水稻的耐寒性

对野生型NIP和chr11-1突变型进行了转录组测序分析，结果显示，在6°C冷处理后，野生型NIP和chr11-1突变型差异表达基因显著增加，且在3h和24h的差异表达基因显著不同。chr11-1突变型在冷处理后，冷诱导基因的表达水平低于野生型NIP，表明OsCHR11功能缺失减弱了冷胁迫下的转录调控反应，特别是冷响应基因的表达。

图2 OsCHR11在低温胁迫下的表达和功能

图3 chr11-1突变型与野生型的调控表达

为了探究OsCHR11是否调节水稻的染色质可及性，对野生型NIP和chr11-1突变型进行了ATAC-seq分析。结果表明，在冷处理后chr11-1突变型启动子区域的染色质可及性显著低于野生型NIP，尤其是在冷响应基因的启动子区域。而CHR11过表达植株则表现出更高的染色质可及性。此外，染色质可及性与基因表达水平也存在正相关。

图4 OsCHR11影响染色质可及性

为了阐明OsCHR11在水稻耐寒性中的分子功能，进一步使用OsCHR11-Myc转基因植株进行了ChIP-seq分析。结果表明，OsCHR11主要结合在靶基因的启动子区域，特别是在转录起始位点（TSS）附近，而尽管冷处理后OsCHR11的结合位点数量有所减少，但是仍主要集中在启动子区域。

图5 OsCHR11通过结合靶基因影响染色质可及性

通过整合ChIP-seq和ATAC-seq数据，发现OsCHR11的结合靶基因与染色质可及性之间存在显著重叠。冷处理后，OsCHR11的结合靶基因中有一部分基因的染色质可及性增加，表明OsCHR11可以通过结合靶基因并增强其染色质可及性来调节耐寒性。

图6 OsCHR11通过影响染色质可及性调节冷响应基因的表达

已有研究表明海藻糖在冷胁迫下可以作为植物生长的保护剂，因此深入挖掘与海藻糖合成相关的基因表达情况，结果显示，chr11-1突变型中与海藻糖合成相关的基因（如OsTPP1、OsTPP7、OsTPS2和OsTPS4）在冷处理后的表达水平显著低于野生型NIP。同时通过ChIP-qPCR实验验证，OsCHR11可以直接结合在OsTPP1的启动子区域，表明OsCHR11通过调节海藻糖合成相关基因的表达来提高水稻的耐寒性。此外，施加外源海藻糖部分恢复了chr11-1突变型的冷敏感表型，进一步表明OsCHR11可以通过调节海藻糖合成来增强水稻耐寒性。

图7 OsCHR11调节水稻中冷耐受基因OsTPP1的表达

本研究综合RNA-Seq、ATAC-Seq和ChIP-Seq等方法，阐明了OsCHR11介导调控水稻耐寒的复杂机制，其在低温胁迫下，可以通过增加冷响应基因启动子区域的染色质可及性，促进转录因子结合，激活相关基因的表达，同时调节海藻糖合成相关基因的表达，从而增强水稻的耐寒性。该研究为理解染色质重塑在植物应对环境胁迫中的机制提供了新的视角，并为水稻耐寒品种开发和资源利用提供了理论基础。

参考文献：

Jing Li, He Liu, Hanying Qian, Shan Lu, Yufeng Wu, Jian Hua, Baohong Zou, Chromatin Accessibility Mediated by CHROMATIN REMODELING 11 Promotes Chilling Tolerance in Rice, Plant Physiology, 2025.