浙江大學(xué)陳利萍和康奈爾大學(xué)甘蘇生課題組合作揭示擬南芥葉片衰老的表觀遺傳調(diào)控機制
?2020年6月16日，浙江大學(xué)陳利萍教授實驗室和美國康奈爾大學(xué)甘蘇生教授合作在Molecular Plant在線發(fā)表了題為“Regulation of Leaf Longevity by DML3-Mediated DNA Demethylation”的文章。該研究首次揭示了DNA去甲基化酶DML3參與調(diào)控擬南芥葉片衰老的分子機制。
?葉片是植物進行光合作用的重要器官，葉片的衰老會直接影響到農(nóng)作物的品質(zhì)與產(chǎn)量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。葉片衰老受到內(nèi)部因素（葉齡、激素水平等）與外部環(huán)境因素（極端溫度、干旱、水澇、營養(yǎng)缺乏等）的影響，其中葉齡是控制葉片衰老的關(guān)鍵因素之一。葉片衰老過程中大量基因的表達發(fā)生了改變，在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)上與其他信號調(diào)控途徑形成了復(fù)雜的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?；騿幼訁^(qū)和編碼區(qū)的DNA甲基化和去甲基化過程能夠調(diào)控植物體內(nèi)基因的表達，并在植物的生長發(fā)育過程以及環(huán)境信號的影響下處于不斷的動態(tài)變化中。因此，探究葉片衰老過程中DNA甲基化水平的變化及衰老相關(guān)基因的表達改變是解析葉片衰老的新關(guān)鍵點之一。然而，DNA甲基化水平在植物葉片衰老階段是如何發(fā)生改變的，以及變化的規(guī)律是什么；與衰老進程相關(guān)的DNA去甲基化酶是否以及如何參與調(diào)控衰老相關(guān)基因（SAGs）的表達等重要科學(xué)問題仍然未知。
?研究人員通過對擬南芥野生型（WT）葉片三個衰老時期全基因組甲基化測序（WGBS）分析發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化水平隨葉片衰老過程降低，說明擬南芥葉片衰老伴隨著DNA去甲基化，尤其是CG類型的DNA甲基化。并且，DNA去甲基化酶DEMETER-LIKE 3（DML3）在擬南芥葉片衰老過程中是上調(diào)表達的。研究者進一步對三個衰老時期擬南芥WT和dml3葉片的甲基化組比較分析顯示，與WT相比，dml3葉片衰老過程中甲基化程度高，CG、CHG、CHH三種甲基化類型共發(fā)現(xiàn)20,556個差異甲基化區(qū)域（DMR）。有趣的是，通過比較WT與dml3兩個甲基化組葉片衰老過程中的CG類型的DNA甲基化發(fā)現(xiàn)，在WT中，NAC016，SEN1等335個衰老相關(guān)基因（SAGs）為差異甲基化基因（DMG），它們的DNA甲基化水平（尤其是在啟動子區(qū)域）與轉(zhuǎn)錄水平呈負(fù)相關(guān)；而在dml3中，這些基因在葉片衰老過程中表現(xiàn)為高甲基化，基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低，說明DML3通過介導(dǎo)衰老相關(guān)基因的啟動子和/或基因本體區(qū)的去甲基化調(diào)控葉片衰老。
?綜上所述，本研究揭示了DML3通過介導(dǎo)一組衰老相關(guān)基因（SAGs）的去甲基化參與調(diào)控葉片衰老進程。研究結(jié)果為延緩葉菜類等蔬菜的葉片衰老提供表觀遺傳新途徑，補充和完善了植物葉片衰老的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對提高農(nóng)作物生產(chǎn)力和食品安全性具有重要的生物學(xué)意義與生產(chǎn)應(yīng)用價值。
?浙江大學(xué)博士研究生袁璐為第一作者，浙江大學(xué)陳利萍教授和康奈爾大學(xué)甘蘇生教授為共同通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所郭永峰研究員參與了該項研究工作。該研究受到國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD1000300）和康奈爾大學(xué)項目（1843351）的資助。
（蔬菜所供稿）
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