Epigenetic regulation of cell wall-associated WAK1 by HDC1 promotes iron remobilization under Fe-limited conditions

表观遗传学 组蛋白 转录因子 细胞生物学 乙酰化 组蛋白脱乙酰基酶 化学 下调和上调 基因表达调控 突变体 泛素 生物 信号转导 胞浆 组蛋白脱乙酰基酶2 HDAC4型 组蛋白H3 抄写(语言学) 细胞 基因表达 激酶 细胞壁 生物化学 生物强化 功能(生物学) 细胞周期 转录调控 HDAC1型 非生物胁迫 组蛋白乙酰转移酶 泛素连接酶 基因 平衡 调解人 组蛋白H4 赖氨酸
作者
Huihui Zhu,Huineng Shi,Ying Liu,Hafiz Ishtiaq Ahmad,Jianli Yang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiag680
摘要

Iron (Fe) deficiency is a major abiotic stress limiting crop production. HDC1, a component of the histone deacetylase complex, plays important roles in plant development and stress responses, yet its function in Fe deficiency responses remains unclear. This study reveals that HDC1 promotes the reallocation and utilization of cell wall pectin-bound Fe under Fe-limited conditions through an ATAF1-dependent epigenetic pathway regulating the expression of the cell wall-associated receptor kinase WAK1. We found that Fe deficiency triggers HDC1 protein degradation via the ubiquitin-proteasome pathway, leading to increased acetylation of histone H3 at lysine 9 and 14 (H3K9ac/H3K14ac). RNA-seq and ChIP-qPCR analyses identified WAK1 as a key downstream gene negatively regulated by HDC1. Mechanistically, the transcription factor ATAF1 directly binds to and activates the WAK1 promoter, while HDC1 represses WAK1 transcription by indirectly promoting ATAF1 ubiquitination and degradation. Loss of WAK1 function results in increased pectin content, enhanced Fe sequestration in the cell wall, and heightened sensitivity to Fe deficiency. Conversely, the hdc1 mutant exhibits upregulated WAK1 expression, reduced pectin content, enhanced release of apoplastic Fe, and increased Fe translocation to shoots, collectively improving Fe deficiency tolerance. Together, our findings uncover an HDC1-ATAF1-WAK1 signaling module and elucidate an epigenetic mechanism wherein histone deacetylation regulates cell wall metabolism to promote Fe reutilization, providing new theoretical insights for improving plant Fe nutrition efficiency.

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