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科研进展

植物逆境中心郎曌博课题课题组与植生所张一婧课题组共同发现RNA介导DNA甲基化参与调控草莓成熟机制

2018-12-25

        2018年12月4日,《Genome Biology》期刊在线发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心郎曌博课题组与中科院分子植物卓越中心/植物生理生态研究所张一婧课题组合作完成的题为 “Downregulation of RdDM during strawberry fruit ripening” 的研究论文,该研究揭示了 RNA 介导 DNA 甲基化通路在草莓果实成熟过程中的调控作用。
 
        DNA 胞嘧啶的甲基化修饰(Methyl-cytosine)是真核生物中非常保守的表观遗传修饰,它参与调控基因表达、病原菌免疫、基因印记等多种生物学过程。最近研究表明DNA 甲基化参与调控番茄果实的成熟。肉质果实按照其成熟过程是否发生呼吸跃变分为呼吸跃变型果实(如番茄)和非呼吸跃变型果实(如草莓)。研究发现,番茄在成熟过程中 DNA 甲基化水平整体发生下调,并且这种下调是由于 DNA 去甲基化酶表达上调所导致。那么在非跃变型果实草莓的成熟过程中 DNA 甲基化会发生怎样的变化呢?
 
        该研究通过整合分析不同成熟时期草莓的全基因组 DNA 甲基化、小 RNA 及转录组数据(A),发现草莓成熟过程中也存在着 DNA 甲基化下调现象 (B, C), 并且这种变化对基因表达和成熟过程十分重要(D, E)。研究者发现对未成熟的果实施加 DNA 甲基化抑制剂能够促进草莓成熟 (D), 这说明 DNA 甲基化下调能够诱导草莓成熟;另外,分析发现DNA甲基化下调区域富集在基因启动子区(E), 结合转录组数据分析揭示了DNA甲基化可能通过调控成熟相关基因的表达从而调控草莓成熟 (F, G)。进一步研究发现番茄和草莓在成熟过程 DNA 甲基化下调受不同机制调控:番茄成熟过程中甲基化下调是由于去甲基化酶表达上调导致,而草莓中DNA甲基化下调则是由于RNA介导的DNA甲基化通路(RdDM)的活性减弱造成的 (H),成熟过程中小RNA 表达下调也证实了 RdDM 活性的降低 (I)。综上,草莓成熟过程中RdDM 通路活性减弱引起的 DNA 甲基化下降对于成熟相关基因的表达调控以及草莓的果实成熟有重要意义。
 
博士研究生程静菲、博士后牛庆丰为共同第一作者。相关工作得到了中科院上海逆境中心, 中科院先导B项目以及青年千人计划项目的资助。