Heat acculimation under field condtions

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22431
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Nobutoshi Yamaguchi 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (90767899)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: Plant physiology

Outline of Final Research Achievements

Acclimation to high temperature increases plants’ tolerance of subsequent lethal high temperatures. Although epigenetic regulation of plant gene expression is well studied, how plants maintain a memory of environmental changes over time remains unclear. Here, we show that JUMONJI (JMJ) proteins, demethylases involved in histone H3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3), are necessary for Arabidopsis thaliana heat acclimation. Acclimation induces sustained H3K27me3 demethylation at HEAT SHOCK PROTEIN22 (HSP22) and HSP17.6C loci by JMJs, poising the HSP genes for subsequent activation. Upon sensing heat after a 3-day interval, JMJs directly reactivate these HSP genes.

Free Research Field

Plant physiology

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

申請者は、植物が記憶をする原理を研究し、エピゲノム因子であるJUMONJI (JMJ)が抑制的ヒストン修飾であるH3K27me3を除去することで、植物が高温を受けた経験をしばらく記憶することを明らかにした (Yamaguchi et al., 受理, Nature Com.)。この研究は植物の記憶の分子基盤の実体を明らかにした例として、国際的に高く評価された。
繰り返しやってくる高温の刺激に適応する仕組みを解明して操作することは、植物の生き残り戦略を知り、植物に対する気候変動の影響を軽減するための対策を講じていくうえでも非常に重要である。