科研人員揭示DNA甲基化對番茄果實成熟的重要作用

5月15日，《美國科學院院刊》（PNAS）在線發表了科學院上海生命科學研究院植物逆境生物學研究中心朱健康研究組和郎曌博研究組題為Critical roles of DNA demethylation in the activation of ripening-induced genes and inhibition of ripening-repressed genes in tomato fruit 的研究論文。該研究利用CRISPR/Cas 9技術獲得了番茄sldml2 的突變體植株，發現了番茄SlDML2 調節的DNA去甲基化不僅可以激活成熟需要的基因，同時還可以抑製成熟不需要的基因，在調節番茄果實成熟的過程中發揮了重要作用。

DNA甲基化是一種保守的表觀遺傳學標記，在生物發育和環境應答的過程中具有重要的調控作用。DNA甲基化和與之拮抗的DNA去甲基化過程相互平衡，動態調控基因組DNA甲基化模式，任何一方的失調都會導致DNA甲基化模式的紊亂。目前DNA甲基化與果實成熟間的關聯和調控機制還知之甚少。有研究表明，DNA去甲基化可能參與到了番茄果實的成熟過程。在番茄果實的成熟過程中，DNA甲基化水平顯著降低，同時施用DNA甲基化的抑製劑可以加快果實成熟。但是DNA甲基化調控果實成熟的具體機制目前尚未證實。

在這項研究中，研究人員利用CRISPR/Cas 9技術獲得了番茄sldml2 的突變體，SLDML2 基因與擬南芥中的DNA去甲基化酶基因ROS1具有很高的同源性。由於該基因的失活，使得全基因組範圍內的甲基化水平升高，誘導果實成熟的基因表達受到抑制，導致番茄果實不能正常成熟。進一步研究表明，SlDML2 參與了成熟相關基因的激活表達，主要參與了色素合成和口味形成、乙烯生物合成及信號傳導途徑、細胞壁水解等途徑中。另外，令研究者意外的是，SlDML2介導的DNA去甲基化也抑制了果實成熟中並不需要的基因的表達，這些基因大多是參與光合作用及細胞壁合成的基因。這項研究不僅發現了SIDML2 基因的DNA去甲基化功能，而且揭示了DNA去甲基化在果實成熟發育過程中的重要作用，極有可能調控著果實成熟發育的精確度。該發現揭示DNA甲基化可能是轉錄因子和植物激素之外的第三個最重要的調節果實成熟因子，具有重要的理論和應用價值。

該工作由逆境中心和普渡大學共同完成，逆境中心郎曌博為第一作者，朱健康、郎曌博為共同通訊作者。該工作得到了中科院等經費的資助。