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科研进展

上海植物逆境中心郎曌博研究组发现DNA甲基化参与调控柑橘成熟新机制

2019-01-14

        2019年1月12日,《PNAS》期刊在线发表了中科院上海植物逆境生物学中心/ 分子植物科学卓越创新中心郎曌博研究组题为"Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening” 的研究论文,该研究揭示了DNA 甲基化在柑橘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、基因印记等多种生物学过程。最近研究发现DNA去甲基化酶表达上调导致番茄在成熟过程中 DNA 甲基化水平整体下降,进而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(如柑橘)。然而在其他果实尤其是非呼吸跃变型果实中, DNA甲基化对于果实成熟的调控是否重要并保守,仍然未知。
 
        该研究通过整合分析五个成熟时期柑橘全基因组DNA甲基化和转录组数据(A),发现柑橘成熟过程中DNA甲基化明显上升,这种变化与番茄成熟过程DNA甲基化水平下降呈相反的变化趋势。进一步分析表明,柑橘成熟中DNA甲基化水平的上调(B, C)与DNA去甲基化酶基因表达的下调呈相关性(D)。 研究者发现对未成熟时期的果实进行DNA甲基化抑制剂的处理能够阻碍柑橘成熟进程(E), 这说明DNA甲基化的上调对于柑橘正常成熟十分重要;结合转录组数据,发现可能受DNA甲基化调控的基因中有1,113个上调基因、950个下调基因和3,119个没有差异表达的基因。
 
        研究进一步发现表达有差异的基因与DNA甲基化的变化有很强的相关性,而表达没有差异的基因与DNA甲基化的变化不存在强相关性(F,G,H)。 通过GO功能分析发现,被甲基化调控的差异表达基因对果实成熟过程十分重要,例如参与光合作用,以及ABA合成及其信号响应等基因。进一步分析柑橘果实的小RNA水平,发现甲基化变化区域有明显的小RNA的富集,因此这些区域的甲基化形成与RNA介导的DNA甲基化通路相关(I)。
 
        综上,该研究以柑橘为研究对象,第一次发现了果实成熟过程中的DNA 甲基化上调现象,并解释了 DNA甲基化修饰对成熟相关基因的表达调控以及柑橘的果实成熟有重要意义。
 
        助理研究员黄焕和刘瑞娥为共同第一作者。相关工作得到了中科院,中科院先导B项目以及青年千人计划项目的资助。