關(guān)于如何把握植物表觀遺傳學(xué)研究思路與應(yīng)用探索的介紹

瀏覽次數(shù)：354　發(fā)布日期：2025-10-13　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

植物因其獨特的生物學(xué)特性（如生殖細(xì)胞發(fā)育較晚、體細(xì)胞與生殖細(xì)胞界限模糊），使得環(huán)境誘導(dǎo)的表觀修飾更易跨代遺傳，成為研究表觀遺傳可塑性的理想模型。當(dāng)植物遭遇干旱、鹽脅迫或病蟲害時，它們不僅能通過表觀遺傳修飾激活防御基因，還能將這種“脅迫記憶”傳遞給下一代，使子代在面臨相似挑戰(zhàn)時能更從容應(yīng)對。

植物表觀遺傳學(xué)的研究不僅深化了對生命本質(zhì)的理解，更為應(yīng)對全球氣候變化下的糧食安全挑戰(zhàn)提供了新思路。它架起了基因型與表型之間的橋梁，揭示了環(huán)境與基因互作的深層機制，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了無限可能。

1、ChIP-seq等揭示桃樹需冷量和芽休眠調(diào)控的關(guān)鍵基因

本研究通過基于345份桃樹（Prunus persica (L.) Batsch）材料的結(jié)構(gòu)變異的全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），鑒定出PpDAM6（DORMANCY-ASSOCIATED MADS-box）是調(diào)控需冷量的關(guān)鍵基因。通過在桃樹芽中瞬時沉默PpDAM6基因，以及在轉(zhuǎn)基因蘋果（Malus×domestica）中穩(wěn)定過表達(dá)該基因，驗證了PpDAM6在需冷量調(diào)控中的功能。結(jié)果表明，PpDAM6在調(diào)控桃樹和蘋果的芽破眠、隨后的營養(yǎng)生長和開花過程中具有進(jìn)化上保守的功能。PpDAM6啟動子區(qū)域的30-bp缺失與低需冷量品種中PpDAM6表達(dá)量的降低顯著相關(guān)�；谶@一30-bp插入/缺失（indel）開發(fā)的PCR標(biāo)記可用于區(qū)分非低需冷量和低需冷量的桃樹品種。ChIP-seq結(jié)果表明，在低需冷量和非低需冷量品種中，PpDAM6位點的H3K27me3修飾在休眠過程中未表現(xiàn)出明顯變化，且從全基因組水平來看，低需冷量品種的H3K27me3修飾發(fā)生得更早。PpDAM6能夠通過誘導(dǎo)下游基因PpNCED1（9-順式環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶1，ABA生物合成的關(guān)鍵酶）和CALS（胼胝質(zhì)合成酶）的表達(dá)來介導(dǎo)細(xì)胞間通訊。本研究揭示了由PpDAM6復(fù)合體形成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)了桃樹需冷量調(diào)控下的休眠和芽破眠過程。對需冷量自然變異遺傳基礎(chǔ)的深入理解，將有助于育種者開發(fā)適合在不同地理區(qū)域種植的不同需冷量品種。

圖1：桃樹芽破眠相關(guān)遺傳組分的模型

圖2：桃樹中H3K27me3的ChIP-Seq分析及EVG位點中H3K27me3水平。

2、RNA m6A修飾促進(jìn)玉米籽粒發(fā)育過程中的DNA甲基化

研究通過m6A-seq和BS-seq等分析揭示了玉米（Zea mays）中m6A和5mC之間通過mRNA腺苷甲基化酶（ZmMTA）（m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體的關(guān)鍵因子）與DNA甲基化1（ZmDDM1）（調(diào)控DNA甲基化的關(guān)鍵染色質(zhì)重塑因子）減少之間的相互作用而發(fā)生串?dāng)_。與無m6A修飾的基因相比，帶有m6A修飾的基因具有更高水平的DNA甲基化。ZmMTA功能喪失導(dǎo)致玉米胚胎發(fā)生和胚乳發(fā)育過程中嚴(yán)重停滯，導(dǎo)致m6A修飾基因5'區(qū)CHH甲基化顯著降低。而ZmDDM1功能喪失對ZmMTA相關(guān)活性沒有明顯影響。這項研究在玉米籽粒發(fā)育過程中建立了m6A和5mC之間的直接聯(lián)系，并提供了RNA修飾和DNA甲基化之間相互作用的見解。

圖1：m6A修飾和DNA甲基化的協(xié)作。

圖2：ZmMTA促進(jìn)m6A修飾基因5'區(qū)的mCHH。

圖3：m6A促進(jìn)ZmDDM1與TSS（轉(zhuǎn)錄起始位點）的結(jié)合。

3、WGBS+RNA-seq助力揭示植物不定根再生的DNA甲基化調(diào)控機制

本研究利用5-azaC DNA甲基化抑制劑，使根原基的啟動和發(fā)育更早發(fā)生，從而提高刺槐的不定根再生率。WGBS揭示了在5-azaC處理樣本中，整體甲基化水平下降，而在所有背景（包括CHH、CHG和mergedCG）中，低甲基化胞嘧啶位點和區(qū)域增加，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄變異。酵母雙雜交（Yeast Two-Hybrid, Y2H）實驗揭示了一個以RpMYB2為中心的轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factors, TFs）網(wǎng)絡(luò)，這些轉(zhuǎn)錄因子被RpWRKY23、RpGATA23、RpSPL16以及其他基因如RpSDP、RpSS1、RpBEN1、RpGULL05和RpCUV轉(zhuǎn)錄激活，其核定位表明它們可能共定位。酵母單雜交（Yeast One-Hybrid, Y1H）實驗揭示RpMYB2互作蛋白RpGATA23、RpWRKY23與RpSK6、RpCDC48的啟動子互作，而熒光素酶報告基因?qū)嶒灒↙uciferase Reporting Assay, LRA）驗證了其與RpSK6結(jié)合。本研究結(jié)果表明，低甲基化介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄組修飾激活了以RpMYB2為中心的基因網(wǎng)絡(luò)，從而增強了刺槐下胚軸切段的不定根再生能力。這些發(fā)現(xiàn)為通過遺傳改良提高植物再生能力和增加木材產(chǎn)量，同時抵御環(huán)境損害提供了理論基礎(chǔ)。

圖1：5-azaC處理介導(dǎo)全基因組低甲基化。

圖2：DNA低甲基化導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄組變化，從而引起基因差異表達(dá)。

參考文獻(xiàn)：
Zhao YL, et al. MADS-box protein PpDAM6 regulates chilling requirement-mediated dormancy and bud break in peach. Plant Physiol. 2023 Aug 31;193(1):448-465. doi: 10.1093/plphys/kiad291.
Luo JH, et al. RNA m6A modification facilitates DNA methylation during maize kernel development. Plant Physiol. 2023 Nov 23. doi: 10.1093/plphys/kiad625.
Hussain SS, et al. DNA Hypomethylation Activates the RpMYB2-Centred Gene Network to Enhance Regeneration of Adventitious Roots. Plant Cell Environ. 2024 Oct 28. doi: 10.1111/pce.15236.

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