近日，Horticultural Plant Journal在线发表了福建农林大学生命科学学院秦源教授团队题为“Epigenetic modification mechanisms of chloroplasts mutants in pineapple leaves during somatic regeneration(菠萝体细胞再生过程叶绿体突变的表观遗传修饰机制研究)”的研究论文。

【资料图】

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，可以改变组织培养植株的基因表达。DNA甲基化在拟南芥、水稻和杨树等模式植物中的研究较多，然而在菠萝中的研究相对较少。

菠萝（Ananas comosus(Linn.) Merr.）是世界上第三大热带水果作物，具有重要的经济价值和研究价值。菠萝组织培养实验中，发现褪绿症的几种体细胞无性系变异的菠萝组培小苗，并且菠萝体细胞无性系变异的机制尚未见报道。因此，开展菠萝体细胞无性系变异叶绿体突变的表观遗传修饰机制研究为进一步研究菠萝植株的褪绿病提供新的见解。

本项目旨在通过对DNA甲基化和转录组数据关联分析，解析菠萝组培小苗叶片颜色变化的机制，为研究菠萝叶绿素代谢通路和光合作用机制提供基础，为培育菠萝的优良品种以及提高果实产量提供借鉴。

（1）本研究通过构建突变体（WS、HW和TW）与野生型WT全基因组DNA甲基化密度图谱，发现在染色体着丝粒附近，CG、CHG和CHH三种模式的甲基化水平较两边高。在CHH甲基化模式中，WT样本的DNA甲基化水平是最高的，HW样本甲基化水平最低；

（2）通过构建WT、WS、HW和TW的转录组测序文库，进行转录组测序和生物信息学分析。对差异基因分别进行GO和KEGG功能富集，发现上调差异表达基因主要富集到叶绿素与卟啉等光合作用相关的代谢途径；

（3）鉴定突变体与野生型的差异甲基化区域相关基因和差异表达基因之间的关联基因，并进行功能富集分析，发现关联基因主要富集到与叶绿素代谢途径相关的功能。结果表明，DNA甲基化水平的变化调控了叶绿素代谢功能和途径中相关基因的表达，从而改变了植株的表型。

Fig.1 Phenotypic and methylation variation in the asexual progeny of pineapple seeding

Fig.6 Methylation changes gene expression of the chlorophyll metabolism pathway

本研究通过对菠萝叶片的不同叶绿体突变的菠萝组培叶片样本进行DNA甲基化和转录组联合分析，研究结果表明许多叶绿素代谢关键基因的转录调控可能是由体细胞无性系变异引起的DNA甲基化所调控的。这为揭示调控菠萝叶绿体突变的表观遗传机制提供新的思路，并且还可以通过改变植物的表观基因组来改善园艺作物，从而创造出市场所需的具有高度可变表型的观赏植物。

刘燕辉、Samaranayaka Vidana Gamage Nirosha Priyadarshani和池美容为该论文的第一作者，福建农林大学秦源教授和广西大学王海峰教授为该文的通信作者。广西农科院王小媚副研究员参与了本研究。

该研究获得福建省科技计划项目、广西科技重大专项、广西特聘专家、国家自然科学基金等项目的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014122001509

2020-2021年“HPJ文章合集”

期刊简介

HorticulturalPlantJournal是由中国园艺学会、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、中国农业科学技术出版社有限公司主办的英文学术期刊。刊载关于园艺作物种质资源、遗传育种、栽培技术、生理生化、基因组学、生物技术、植物保护、采后处理与利用等原创性研究论文、研究简报及综述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA&BP、DOAJ、CABAbstracts、Food Science and Technology Abstract等国内外多个重要数据库收录，论文在SD网络出版平台实现全文开放获取和在线预出版。2021年最新影响因子4.240，园艺学科Q1区,植物学科Q1区。2022年中科院期刊分区（升级版）：在农林科学类位于1区，属于Top期刊；园艺学类位于1区，植物科学类位于2区。

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