茄子异种嫁接诱导的活力增强与表观遗传去甲基化修饰相关

时间：2021-12-10 00:00:00 来源：网络整理

植物嫁接是将两种植物上接穗和下砧木的组织连接起来的过程，早在2000多年前就被用作果树栽培的园艺技术。如今，嫁接被园艺家广泛应用于茄科植物，目的是提供对生物和非生物胁迫的抗性或耐受性，如土壤传播的病原体、盐和干旱。提高接穗活力，改变植株结构、矿物元素组成、果实品质和产量。然而，根系-砧木介导的接穗表型控制的分子机制在很大程度上仍不清楚。

DNA甲基化是最常见的表观遗传过程之一，它改变基因表达而不改变DNA序列。在高等植物中，它是通过DNA甲基转移酶(5-mc)在胞嘧啶的CG、CHG或CHH（H=非G）位点添加一个甲基基团。嫁接是大分子的双向长距离运输，能够诱导表观遗传变异和生理变化。以往的研究为茄科植物种间嫁接中DNA的位点特异性甲基化提供了证据，并推测DNA甲基化是嫁接产生表型多样性的驱动机制。

茄子是最成功的商业嫁接草本植物之一，具有高度的种间嫁接兼容性，可提供增强的活力和对病原体的抵抗力。虽然嫁接植物对根系病原体的大多数抗性源于砧木的内在特性，但嫁接的分子机制以及特定的嫁接组合如何增强接穗活力在很大程度上是未知的。模型植物拟南芥中的嫁接实验表明，在长距离移动过程中，转基因衍生和内源性 sRNA 跨移植物联合移动，并能够指导受体细胞基因组中的 DNA 甲基化，诱导生理变化。

最近,由Cinzia博士领导的一组意大利都灵大学和英国伯明翰大学的研究人员的研究使用茄子作为嫁接诱导活力的模型，发现茄子异种移植诱导的活力增强与全基因组范围的CHH（H=非G）去甲基化想关。有趣的是，这种去甲基化与长末端重复逆转录转座因子 (LTR-TE) 的下调相关，表明嫁接诱导的表观遗传修饰与嫁接植物的生理和分子表型相关。这项研究发表在《园艺研究》杂志上。

研究人员用Illumina的全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)在单胞嘧啶分辨率下生成了第一个茄子基因组甲基化图谱。甲基化图谱显示，活力增强基于在全基因组范围内CHH甲基化显著降低，在转座元件(transposable elements, TEs)的去甲基化比编码基因的去甲基化更显著。

然后对全基因组RNA表达进行分析，以研究观察到的表观遗传变异和基因表达之间的关系。有趣的是，研究人员观察到与CHG和CG甲基化相关的DNA甲基转移酶上调，而非CHH甲基化相关酶，他们得出的结论是，观察到的CHH去甲基化可能是对砧木诱导的表观遗传变化的间接补偿效应结果。研究人员说:“很可能大多数表观遗传变化并不直接与基因表达调控相关，提示嫁接诱导的机制只针对特定的基因。”

去甲基化与长端重复逆转录转座元件LTR-TEs下调之间的相关性。
在植物中，CHH 环境中的甲基化通常与 TE 表达的抑制有关。因此，令人惊讶的是，在异种移植接穗中观察到的全基因组甲基化减少与 TE 表达的广泛增加无关，而是与更复杂的监管相关联，导致许多 TE 被下调。一种可能的解释是，低甲基化可能会激活其他沉默机制以减少潜在活性 TE 的 RNA 转录，例如转录后基因沉默 (pTGS)，这一假设与优先抑制LTR-TE 一致。在最近对番茄表观遗传突变体进行的研究中也观察到了类似的年龄依赖性 LTR-TEs 调节，并且与 DNA 甲基转移酶 CMT3 37对年轻转座子的优先甲基化有关。

研究强调了表观遗传调控(特别是去CHH甲基化)在茄科植物嫁接活力控制中的作用。正如研究人员所描述的，这些发现标志着一个关键的里程碑:“我们的工作提供了茄子的第一个DNA甲基化图谱，并为揭示砧木对接穗影响的分子机制提供了新的思路……结论是，使用嫁接是一种有希望的替代传统育种方法来操纵植物表观基因组，提高植物产量。”

郑重声明：文章仅代表原作者观点，不代表本站立场；如有侵权、违规，可直接反馈本站，我们将会作修改或删除处理。