学校杨建立团队揭示调控番茄质外体铁库利用的表观遗传机制

来源: 园林园艺学院    时间:2024年03月21日    浏览量:

本站消息 近日,学校以第一单位联合浙江大学和杭州师范大学合作在国际著名期刊《Plant Physiology》在线发表了题为“Epigenetic modification of a pectin methylesterase gene activates apoplastic iron reutilization in tomato roots”的研究论文,揭示了番茄SlMET1介导的果胶甲酯酶编码基因SlPME53内含子CG类型的DNA甲基化改变参与调控SlPME53基因的表达,从而影响根系质外体“铁库”的再利用过程,首次阐明了DNA甲基化修饰参与质外体“铁库”再利用的表观遗传机制,为深入认识DNA甲基化修饰在番茄响应缺铁中的调控机理和应用提供支撑。

铁(Fe)是植物生长发育所必需的微量元素之一。虽然土壤中的铁含量丰富,但生物有效性远低于植物最适生长水平,造成缺铁症。这一现象在占据全世界耕地面积的40%以上的石灰性土壤中尤为突出。为了应对铁缺乏,植物进化出一系列遗传和表观遗传的精确调控以维持体内的铁稳态。质外体铁作为植物在铁缺乏时的重要“铁库”,占据植物体内总铁含量的75%以上,是影响植物铁高效利用的重要因素。目前关于缺铁响应、表观遗传调控和质外体“铁库”之间的关系仍不清楚。

课题组前期筛选到一个番茄自发表观遗传突变体Colorless non-ripeningCnr),表现出组成型缺铁响应增强的表型。为了深入分析Cnr表观突变调控番茄缺铁响应的分子机制,对番茄AC和Cnr根系进行全基因组甲基化测序分析发现,与“细胞壁”、“细胞壁修饰”和“果胶酯酶”等细胞壁相关的差异甲基化基因DMGs最为丰富,且Cnr根系细胞壁的铁含量较AC显著增多。通过甲基化组和转录组的关联分析发现,果胶甲酯酶编码基因SlPME53内含子区域的DNA甲基化调控其基因表达变化,影响了果胶甲酯酶介导的番茄根系细胞壁中铁的滞留。同时,SlMET1调控的CG类型的DNA甲基化修饰在这一过程中发挥重要作用。最后,利用病毒学手段和遗传转化手段,为SlMET1–SlPME53模块介导果胶甲酯酶活性调控番茄根系质外体“铁库”再利用的表观遗传机制提供分子遗传证据。

博士生祝慧慧为论文的第一作者,学校为论文第一单位学校园林园艺学院杨建立教授和杭州师范大学陈微微副教授为论文的通讯作者。该工作得到了学校高层次引进人才启动经费、云南省蔬菜生物学重点实验室建设项目(202302AN360017)、浙江省自然科学基金、浙江省重点研发计划、中国博士后基金和高层次留学回国人员在杭创新创业项目的资助。


论文链接:https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/doi/10.1093/plphys/kiae167/7632394?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=plphys&utm_medium=email&login=false


编辑:朱伯钧