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文章題目：Dual Regulation of DNA Methylation Orchestrates the Saline-Alkali Stress Response in Salt-Tolerant Brassica napus

文章主題：DNA 甲基化的雙重調(diào)控介導(dǎo)耐鹽油菜的鹽堿脅迫響應(yīng)

研究團(tuán)隊(duì)：華中農(nóng)大沈金雄教授和江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院萬(wàn)何平副教授

組學(xué)技術(shù)：WGBS、RNA-Seq

研究背景

全球土壤鹽堿化嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示超10億公頃土地受影響，且鹽堿混合脅迫對(duì)植物的傷害顯著高于單一堿脅迫和鹽脅迫（混合>堿>鹽）?，F(xiàn)有研究多聚焦單一鹽脅迫，對(duì)堿脅迫及鹽堿混合脅迫下植物的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制探究不足；油菜作為重要油料作物，具有較強(qiáng)鹽堿耐受性，但其實(shí)鹽堿混合脅迫耐受的表觀遺傳分子機(jī)制尚未明確，因此本研究聚焦DNA甲基化這一關(guān)鍵表觀遺傳調(diào)控方式，旨在填補(bǔ)相關(guān)研究空白，為作物抗逆改良提供理論支撐。

研究思路

研究結(jié)論

本研究揭示耐鹽甘藍(lán)型油菜通過(guò) DNA甲基化的雙重調(diào)控機(jī)制 協(xié)同應(yīng)對(duì)鹽堿脅迫：一方面，脅迫誘導(dǎo)全基因組DNA高甲基化，特異性抑制光合作用關(guān)鍵基因（如RBCS） 的表達(dá)，主動(dòng)減緩生長(zhǎng)以優(yōu)化資源分配；另一方面，通過(guò)靶向去甲基化 精準(zhǔn)激活脅迫特異性的抗逆通路——鹽脅迫下增強(qiáng)ROS清除，堿脅迫下強(qiáng)化氧化還原緩沖，混合脅迫下維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。該機(jī)制呈現(xiàn)脅迫類型特異性與亞基因組不對(duì)稱性（C亞基因組響應(yīng)更顯著），并首次闡明DNA甲基化通過(guò)平衡光合抑制與抗逆激活，幫助植物在逆境中實(shí)現(xiàn)生存與防御的權(quán)衡。研究為作物表觀遺傳育種提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)與新策略。

結(jié)果展示

圖1 HZ62 在鹽脅迫、堿脅迫及混合鹽堿脅迫處理后的表型

圖2 鹽脅迫、堿脅迫及混合鹽堿脅迫下HZ62的全基因組 DNA 甲基化動(dòng)態(tài)

圖3 對(duì)照組及脅迫處理組（鹽脅迫 Sal、堿脅迫 Alk、混合鹽堿脅迫 Sal-Alk）下 HZ62 幼苗中的差異甲基化區(qū)域（DMRs）

圖4 對(duì)照組（CK）及各處理組（鹽脅迫 Sal、堿脅迫 Alk、混合鹽堿脅迫 Sal-Alk）中HZ62 DNA 甲基化相關(guān)酶的表達(dá)及活性變化

圖5 對(duì)照組（CK）與各處理組（鹽脅迫 Sal、堿脅迫 Alk、混合鹽堿脅迫 Sal-Alk）間 DNA 甲基化動(dòng)態(tài)變化與基因表達(dá)的關(guān)聯(lián)

圖6 三種處理組（鹽脅迫 Sal、堿脅迫 Alk、混合鹽堿脅迫 Sal-Alk）中 DNA 甲基化的特異性調(diào)控通路

圖7 5-azaC通過(guò)提高光合作用效率和上調(diào)抗逆相關(guān)因子的表達(dá)緩解脅迫響應(yīng)