DNA甲基化对果实发育成熟的调控作用

DNA甲基化在基因印迹、基因组稳定性、发育和对环境的响应中起着至关重要的作用。在植物中，它主要由DNA甲基转移酶(MTases)催化，包括甲基转移酶1 (MET1)、色甲基化酶(cmt)、结构域重排甲基转移酶(DRMs)和DNA甲基转移酶2 (DNMT2)。近年来，DNA甲基转移酶(如MET1、cmt和DRMs)在植物发育、转录调控和代谢途径控制中的重要性日益被人们所认识。迄今为止，对果实成熟相关基因的研究较多，但从表观遗传学尤其是DNA甲基化角度研究果实成熟调控机制的研究报道较少。DNA甲基化调控番茄果实发育成熟的机制尚不清楚。

　　

近日，来自山西大同大学和重庆大学的科学家发现，SlCMT4在番茄的多种发育过程中发挥重要作用，它编码一种负责从头甲基化和非CG甲基化的DNA甲基转移酶。这项研究发表在《园艺研究》杂志上。

使用CRISPR/Cas9系统将SlCMT4（Solyc08g005400.2）在cv. ‘Ailsa Craig’突变，确认其功能。在SlCMT4突变体中发现了严重的发育缺陷，包括小叶和厚叶、侧芽增加、雄蕊和雌蕊缺陷、果实尺寸小、结实率降低以及种子发育缺陷。激素水平（IAA、tZR、strigol）的变化与SlCMT4突变植物的多分枝表型一致。

CRISPR/Cas9介导敲除SlCMT4诱导了两个花粉特异基因PMEI和PRALF的表达，抑制了花粉壁发育和花粉管伸长，导致花粉不规则和缺陷。通过转录组测序研究番茄果实成熟相关基因的转录水平，发现CR-08突变系中PE1、PG2、LOXB等多个成熟相关基因表达上调。

全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)显示，敲除SlCMT4可降低全基因组胞嘧啶甲基化，尤其是CHH甲基化。在slcmt4突变的水果中，IMA和LOXB启动子的2kb区域也观察到甲基化降低，这表明CHH环境的高甲基化状态对抑制IMA和LOXB启动子活性至关重要。

研究人员说:“这项研究澄清了SlCMT4可以通过调节关键转录因子的甲基化模式，在番茄果实生长、发育和成熟的表观遗传调控中进行合作。”

总之，本研究表明，SlCMT4是番茄营养器官和生殖器官正常发育所必需的。