Role of Nitric Oxide, Ethylene, Hydrogen Sulfide and Their Interplay With Histone Acetylation in Plants

Resumo

A acetilação de histonas é uma modificação epigenética essencial que regula a estrutura da cromatina e a expressão gênica por meio das ações opostas das histonas acetiltransferases (HATs) e desacetilases (HDACs). As moléculas sinalizadoras gasosas são compostos gasosos endógenos que se difundem livremente pelas membranas biológicas. Elas medeiam a comunicação entre plantas e a transdução de sinais nas plantas, tendo como representantes o óxido nítrico (NO), o etileno (Eth), o sulfeto de hidrogênio (H2S) e o metano (CH4). Diversos estudos revelaram que as moléculas sinalizadoras gasosas e a acetilação de histonas podem interagir para regular dinamicamente o crescimento das plantas e as respostas ao estresse. Esta revisão examina o conhecimento atual sobre o papel dessas moléculas e seus efeitos sinérgicos com a acetilação de histonas nas plantas. Especificamente, o NO pode regular o florescimento por S-nitrosilação de HDACs e influenciar o amadurecimento dos frutos ao inibir HDACs. Além disso, tanto o NO quanto o Eth podem afetar a germinação das sementes, o crescimento das plântulas e a resistência a patógenos por meio da regulação dos níveis de acetilação. O H2S, por sua vez, pode modular o desenvolvimento radicular ao regular a desacetilação de histonas. Contudo, as relações entre NO, Eth e H2S, bem como a interação de outras moléculas sinalizadoras gasosas com a acetilação de histonas nas plantas, exigem pesquisas mais aprofundadas. Os problemas existentes e as direções futuras de pesquisa também são discutidos.

Abstract

Histone acetylation is an essential epigenetic modification that regulates chromatin structure and gene expression by opposing the actions of histone acetyltransferases (HATs) and deacetylases (HDACs). Gas signaling molecules are endogenous gaseous compounds that can freely diffuse across biological membranes. They mediate interplant communications and plant signaling transductions, with representative members including nitric oxide (NO), ethylene (Eth), hydrogen sulfide (H2S), and methane (CH4). Multiple studies have revealed that gas signaling molecules and histone acetylation can interact to dynamically regulate plant growth and stress responses. This review examines the current knowledge on the role of gas signaling molecules, as well as their synergistic effects with histone acetylation in plants. Specifically, NO can regulate flowering by S-nitrosylating HDACs and influence fruit ripening by inhibiting HDACs. In addition, both NO and Eth can affect seed germination, seedling growth, and pathogen resistance by regulating acetylation levels. Additionally, H2S can modulate root development in plants by regulating histone deacetylation. However, the interactive relationships among NO, Eth, and H2S, as well as the interplay of other gas signaling molecules and histone acetylation in plants warrant further in-depth research. The existing problems and future research directions are also discussed.