近日，南方科技大學(xué)郎曌博教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PNAS上發(fā)表題為“Two Transcription Factors Play Critical Roles in Mediating Epigenetic Regulation of Fruit Ripening in Tomato”的研究論文。該研究揭示了兩個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子RIN和FUL1在DNA甲基化調(diào)控番茄果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)揮的核心作用，成熟關(guān)鍵因子MADS-RIN對(duì)下游靶基因的調(diào)控依賴于SlDML2介導(dǎo)的啟動(dòng)子去甲基化，提出“表觀遺傳許可”調(diào)控新模型的新機(jī)制。
果實(shí)成熟是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，涉及質(zhì)地軟化、顏色變化和香氣合成等諸多生理和生化變化。番茄果實(shí)成熟與乙烯產(chǎn)生及乙烯信號(hào)傳導(dǎo)密切相關(guān)。此前，相關(guān)研究已鑒定出包括RIN、FUL1、HY5等在內(nèi)的多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子作為核心調(diào)控因子參與果實(shí)成熟調(diào)控。近年來(lái)，DNA甲基化作為一種表觀遺傳修飾在果實(shí)成熟調(diào)控中的重要性逐漸受到關(guān)注，然而，DNA甲基化在番茄果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)揮的作用尚未完全闡明。因此，團(tuán)隊(duì)研究人員聚焦DNA去甲基化酶DML2介導(dǎo)番茄果實(shí)成熟的表觀遺傳分子調(diào)控機(jī)制，系統(tǒng)解析其在調(diào)控番茄果實(shí)成熟的過(guò)程中發(fā)揮的作用。
圖1
郎曌博團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子RIN和FUL1的表達(dá)來(lái)影響番茄果實(shí)成熟。在DML2基因突變體中，兩個(gè)重要的成熟因子RIN和FUL1基因表達(dá)被沉默，并且rin/ful1雙突變體的果實(shí)成熟表型與
dml2突變體相似，這表明RIN和FUL1在DML2下游調(diào)控果實(shí)成熟方面具有功能冗余。進(jìn)一步研究表明，在 dml2 中恢復(fù)RIN的表達(dá)可以部分回補(bǔ) dml2 不能成熟的表型，并且恢復(fù)了 dml2 中乙烯的產(chǎn)生（圖1）。這一發(fā)現(xiàn)首次明確了RIN和FUL1是連接DNA甲基化變化與果實(shí)成熟表型的關(guān)鍵因子。
圖2
團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)比野生型和
dml2突變體中RIN的ChIP-seq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)， dml2 中DNA高甲基化區(qū)域影響了RIN的結(jié)合，進(jìn)一步組蛋白的ChIP-seq數(shù)據(jù)和體外EMSA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)揭示了DNA甲基化通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)間接抑制RIN結(jié)合。這些研究表明DML2不僅通過(guò)調(diào)控成熟因子RIN和FUL1的表達(dá)，還通過(guò)調(diào)控RIN對(duì)下游調(diào)控位點(diǎn)的結(jié)合來(lái)影響果實(shí)成熟。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析表明，DNA甲基化變化區(qū)域可以間接影響100bp范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，首次揭示了植物中DNA甲基化間接影響轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的范圍，這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于闡明果實(shí)成熟的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，也對(duì)研究植物中DNA甲基化修飾對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的影響提供了新的理論依據(jù)（圖2）。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授牛慶豐為論文第一作者，許雅萍和黃煥博士為論文共同第一作者。南方科技大學(xué)郎曌博教授和朱健康院士為共同通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省高校知名專家項(xiàng)目和深圳科技創(chuàng)新局的支持。
論文鏈接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2422798122
來(lái)源：南方科技大學(xué)
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