文献科普 | 甲基化在水果成熟过程中发挥作用

如果你想以一杯橙汁开始你的一天，你应该感谢表观遗传学。更具体地说，你应该感谢DNA甲基化，因为它最近被证明在甜橙果实的成熟过程中发挥了关键作用。美国印第安纳州普渡大学的Jian-Kang Zhu和中国科学院上海植物逆境生物学研究中心的Zhaobo Lang的合作发现了柑橘果实成熟过程中DNA甲基化和基因表达之间的紧密联系。

Zhu和Lang小组先前的研究表明，呼吸跃变期的（产生乙烯）番茄果实在成熟过程中经历了整体DNA去甲基化。为了确定这种趋势是否也适用于其他水果，他们将他们的植物表观遗传学技术应用于非呼吸跃变期甜橙的成熟过程。使用单碱基分辨率全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS），他们绘制了柑橘果实成熟5个不同阶段的全基因组DNA甲基化图谱，并使用RNA-seq生成了相应的转录组图谱。以下是具体细节：

在甜橙果实发育和成熟期间，全基因组DNA甲基化的增加

与番茄不同的是，在120天的成熟过程中，柑橘果实基因组的DNA甲基化程度总体增加。

在同一时间段内，去甲基化酶基因的转录本水平也有相应的逐渐下降。

总体甲基化水平的增加可能是由于去甲基化酶基因的下调，而不是甲基化的增加。

数百个基因启动子区域的甲基化与基因表达的阳性和阴性变化均有关联，基因本体论分析显示：

参与光合作用、细胞壁维持和发育的基因下调。

脱落酸信号传导（对成熟很重要）以及类固醇和芳香族代谢相关基因的上调。

将DNA甲基化抑制剂应用于未成熟的柑橘果实可防止脱绿（成熟）。

这项研究证明了DNA甲基化在柑橘果实成熟过程中的作用。但是，也还有其他激素和遗传控制措施。这些成分如何协同作用来调节成熟过程还需要进一步的探索。

参考文献：

Huang H, Liu R, Niu Q, et al. Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019;116(4):1430-1436.

1.       重亚硫酸盐能将基因组中未发生甲基化的C碱基转换成U，进行PCR扩增后变成T，而有甲基化修饰的C碱基则不发生改变。这样便将具有甲基化修饰的C碱基与不具有甲基化修饰的C碱基区分开来。再结合高通量测序技术，得到单碱基分辨率的全基因组DNA甲基化图谱。WGBS是甲基化测序的“金标准”。

2.       RNA-seq是针对真核特定细胞类型产生的所有mRNA，从整体水平研究基因表达量以及基因结构，揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。适用于有参考基因组和无参考基因组真核生物。