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科研进展

植物逆境中心郎曌博课题组发表果实发育与表观遗传修饰的综述文章

2020-06-08

        2020年6月7日,New Phytologist在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心郎曌博研究组题为“Fruit development and epigenetic modifications”的综述文章。在这篇综述中,作者总结了表观遗传修饰参与肉质果实发育与成熟调控的最新研究进展,并提出了该研究领域未解决的科学问题以及表观遗传修饰的研究在未来果实作物育种中的应用潜力。
 
        肉质果实发育与成熟是一个复杂的过程,伴随着一系列形态、生理、细胞的变化,包括细胞分裂、膨大、变软、色素、可溶性糖及芳香类物质的积累,从而使果实变得可食用且营养丰富。之前研究表明,果实发育与成熟受到转录因子和植物激素的调控。以番茄为例,已发现的参与果实成熟调控的转录因子有,RIN(MADS-box)、NOR(NAC)、CNR(SBP-box)等;同时植物激素如乙烯、脱落酸、生长素也影响果实成熟进程。近年来研究发现,表观遗传修饰在果实发育与成熟进程中也发挥了重要的作用。表观遗传修饰主要包括DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰、染色质重塑和非编码RNA。
 
        该综述重点介绍了DNA甲基化修饰在果实成熟进程的作用。研究发现,自然存在的位点特异性DNA甲基化变化(Natural Epialleles)可以影响果实发育与成熟,例如,Cnr突变体,一个SPL转录因子的启动子区域高度DNA甲基化使该基因表达受抑制,从而影响番茄果实成熟;MYB10基因启动子的高度DNA甲基化使该基因受到沉默,从而导致苹果和梨果皮中的花青素积累变少。DNA甲基化组变化及分子机制研究表明,很多果实,例如番茄、草莓和柑橘等,在成熟过程中都经历了全基因组甲基化的变化,通过甲基化抑制剂的处理实验表明这种甲基化变化对于这些果实成熟都十分重要,遗传实验表明番茄中去甲基化酶基因的突变会导致果实不能成熟。这些研究都揭示了表观遗传调控对于果实成熟的重要性。同时该综述提出果实发育与成熟的表观修饰调控还存在很多尚未解答的科学问题,包括何种信号促使了果实成熟过程中表观修饰的变化;表观遗传修饰与转录因子、植物激素组成了果实成熟过程中相互影响的调控网络,其分子机制还不清楚等等。
 
        该综述提出,果实发育成熟与哺乳动物的发育和衰老过程十分类似,都经历了活跃的细胞分裂、生长、成熟至衰老,之前研究表明哺乳动物和人的衰老过程也发生了大范围的表观遗传修饰变化,而这些变化对哺乳动物的衰老也有重大影响,因此,表观遗传调控衰老是否在哺乳动物和高等植物中存在保守机制需要进一步研究证明。
       
        
        中科院上海植物逆境生物学研究中心郎曌博研究组博士后唐登国为论文的第一作者,郎曌博研究员为论文的通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项项目的支持。