番茄果實(shí)采后處理成熟誘導(dǎo)的DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組綜合分析
番茄果實(shí)成熟是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，涉及關(guān)鍵基因的去甲基化，改變其轉(zhuǎn)錄水平，從而觸發(fā)一系列生理事件。然而果實(shí)采摘后的處理方法，如冷藏、化學(xué)處理等，雖然能延長(zhǎng)番茄的貨架壽命，但通�？赡軙�(huì)降低果實(shí)品質(zhì)，目前尚不清楚這些過程是如何改變的。因此，研究采后處理誘導(dǎo)的番茄果實(shí)DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組變化對(duì)果實(shí)成熟和品質(zhì)的影響，以及這些影響與成熟速度和成熟指標(biāo)（如乙烯、脫落酸和類胡蘿卜素）的相關(guān)性，對(duì)于改善果實(shí)品質(zhì)具有重要意義。
2024年6月1日，加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)系Diane M. Beckles團(tuán)隊(duì)通過分析果實(shí)的轉(zhuǎn)錄組和甲基化研究了果實(shí)成熟激素和生理特性，重點(diǎn)分析采后處理（離藤成熟和低溫儲(chǔ)存）如何影響番茄成熟和品質(zhì)。相關(guān)研究成果以“Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling”為題發(fā)表在《Horticulture Research》期刊。
標(biāo)題：Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling 番茄果實(shí)（Solanum lycopersicum L.）采后處理誘導(dǎo)的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組的綜合分析
時(shí)間：2024.06.01
期刊：Horticulture Research
影響因子：IF 7.6 / 1區(qū)
實(shí)驗(yàn)方法：WGBS、RNA-seq等
本研究全面地將生理事件的變化與動(dòng)態(tài)分子變化關(guān)聯(lián)起來。研究人員將經(jīng)過20°C、12.5°C或5°C冷藏（隨后20°C回溫）下暗儲(chǔ)后達(dá)到Turning階段（T）成熟果實(shí)與新鮮收獲果實(shí)（fresh-harvest fruit，F(xiàn)HT）進(jìn)行了比較。在12.5°C儲(chǔ)藏的果實(shí)具有最顯著的表觀遺傳標(biāo)記和基因表達(dá)變化，超過了其他采后冷藏誘導(dǎo)的變化。在12.5°C下，果實(shí)的生理年齡和實(shí)際年齡相差顯著，因?yàn)槌墒鞎r(shí)間最長(zhǎng)。12.5°C下的果實(shí)成熟至轉(zhuǎn)色（Turning）階段并不是躍變期，果實(shí)沒有典型的呼吸或乙烯爆發(fā)；相反，果實(shí)中脫落酸含量較高。采后誘導(dǎo)成熟的果實(shí)與新鮮收獲的成熟果實(shí)（FHT）的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組存在明顯差異。"FHT"果實(shí)中光合作用基因和葉綠素水平的高表達(dá)表明光照會(huì)影響果實(shí)成熟過程中的分子變化。最后，對(duì)組學(xué)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，鑒定出可能受DNA甲基化調(diào)控的基因�？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)改善了對(duì)采后處理如何改變番茄果實(shí)成熟模式的理解，并有望幫助提高果實(shí)品質(zhì)。
研究方法
樣本收集：在兩個(gè)發(fā)育階段（MG和Turning）收集番茄果實(shí)樣本。
采后處理：在不同溫度下儲(chǔ)藏果實(shí)，如20°C、12.5°C和5°C，并包括5°C儲(chǔ)藏后重新在20°C下回溫處理。在MG收獲的果實(shí)（FHM）儲(chǔ)存在黑暗中，并在（i）20°C（20T）儲(chǔ)存后達(dá)到‘T’時(shí)進(jìn)行分析；（ii）12.5°C（12.5T），和（iii）5°C持續(xù)兩周，然后在20°C下回溫（5T）。對(duì)照組為新鮮收獲的成熟果實(shí)（FHT）。MG果實(shí)在5°C下儲(chǔ)存2周（5M）后也進(jìn)行分析。
實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)由六個(gè)隨機(jī)選擇的果皮組成，用于全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS）、RNA-seq、類胡蘿卜素和ABA實(shí)驗(yàn)。
研究結(jié)果
DNA甲基化：發(fā)現(xiàn)12.5°C儲(chǔ)藏的果實(shí)在DNA甲基化水平上有最顯著的變化。
基因表達(dá)：采后儲(chǔ)藏成熟的果實(shí)與在藤上成熟的果實(shí)在基因表達(dá)上有明顯差異，尤其是與光合作用相關(guān)的基因。
生理和分子變化：采后處理的果實(shí)在乙烯產(chǎn)生、呼吸率、類胡蘿卜素含量和脫落酸含量等方面表現(xiàn)出特異性生理和分子特征。
光合作用相關(guān)基因表達(dá)：采后儲(chǔ)藏成熟的果實(shí)顯示出與光合作用相關(guān)的基因表達(dá)降低，可能影響果實(shí)的代謝和品質(zhì)。
研究結(jié)論
本研究通過WGBS+RNA-seq的綜合分析，揭示了采后處理對(duì)番茄果實(shí)的DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組有顯著影響。研究結(jié)果表明12.5°C儲(chǔ)藏條件對(duì)果實(shí)的甲基化和基因表達(dá)模式有特殊影響，導(dǎo)致與其他儲(chǔ)藏條件不同的生理特性。而光合作用相關(guān)基因表達(dá)在采后果實(shí)中降低，可能與果實(shí)品質(zhì)下降有關(guān)。本研究結(jié)果有助于深入理解采后處理如何改變番茄果實(shí)的成熟模式，并為改善果實(shí)品質(zhì)提供信息。
研究亮點(diǎn)
關(guān)鍵圖形
（1）采后處理導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)和甲基化變化
圖1：采后處理和果實(shí)品質(zhì)。
A. 采后果實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
B. 不同采后處理后番茄果實(shí)Turning階段照片。
C. 水果品質(zhì)參數(shù)的主成分分析（PCA）
D. 單個(gè)水果品質(zhì)參數(shù)，包括色度角（°）、硬度（g）、淀粉含量（mg starch g-1 FW）、還原糖（mg sugar g-1 FW）、可溶性固形物（TSS）（°Bx）和可滴定酸（TA）（meq.100 g-1 FW）。
（2）與光合作用活性一致相關(guān)的差異甲基化基因和差異表達(dá)基因
圖2：采后番茄果實(shí)甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析。
A. 果實(shí)甲基化組的主成分分析。
成對(duì)比較中DMG的注釋，使用“FHT”作為對(duì)照。‘12.5T’ vs ‘FHT’、‘20T’ vs ’FHT’、‘5T’ vs ‘FHT’。
C. ‘Turning’果實(shí)中轉(zhuǎn)錄組的主成分分析，即‘FHT’、‘20T’、’12.5T’和‘5T’。
D. 成對(duì)比較中DEG的Venn圖。
E. 使用DAVID對(duì)DEG（采后果實(shí)與‘FHT’相比）進(jìn)行富集分析（調(diào)整后P<0.05），它們都來自下調(diào)基因。
F–G. 將“12.5T”、“20T”、“5T”與“FHT”比較時(shí)，DAVID中下調(diào)基因的代表性術(shù)語。
（3）水果類胡蘿卜素和ABA含量
圖3：水果類胡蘿卜素和脫落酸（ABA）的代謝和轉(zhuǎn)錄組分析。
（4）采后果實(shí)乙烯量和呼吸速率
（5）果實(shí)光合作用相關(guān)活性
圖5：采后番茄果實(shí)IDA與光合基因表達(dá)的關(guān)系
圖6：與‘FHT’果實(shí)相比，‘12.5T’果實(shí)的預(yù)測(cè)調(diào)控模式。
（6）果實(shí)成熟與品質(zhì)通路的相關(guān)性分析
表2：參與果實(shí)成熟和果實(shí)品質(zhì)通路的基因，其DNA甲基化與基因表達(dá)狀態(tài)之間存在顯著相關(guān)性
參考文獻(xiàn)：
Zhou J, Zhou S, Chen B, Sangsoy K, Luengwilai K, Albornoz K, Beckles DM. Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling. Hortic Res. 2024 Jun;11(6):uhae095. pii: uhae095. doi: 10.1093/hr/uhae095. PubMed PMID: 38840937.
2024年6月1日，加州大學(xué)戴維斯分校植物科學(xué)系Diane M. Beckles團(tuán)隊(duì)通過分析果實(shí)的轉(zhuǎn)錄組和甲基化研究了果實(shí)成熟激素和生理特性，重點(diǎn)分析采后處理（離藤成熟和低溫儲(chǔ)存）如何影響番茄成熟和品質(zhì)。相關(guān)研究成果以“Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling”為題發(fā)表在《Horticulture Research》期刊。
標(biāo)題：Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling 番茄果實(shí)（Solanum lycopersicum L.）采后處理誘導(dǎo)的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組的綜合分析
期刊：Horticulture Research
影響因子：IF 7.6 / 1區(qū)
實(shí)驗(yàn)方法：WGBS、RNA-seq等
本研究全面地將生理事件的變化與動(dòng)態(tài)分子變化關(guān)聯(lián)起來。研究人員將經(jīng)過20°C、12.5°C或5°C冷藏（隨后20°C回溫）下暗儲(chǔ)后達(dá)到Turning階段（T）成熟果實(shí)與新鮮收獲果實(shí)（fresh-harvest fruit，F(xiàn)HT）進(jìn)行了比較。在12.5°C儲(chǔ)藏的果實(shí)具有最顯著的表觀遺傳標(biāo)記和基因表達(dá)變化，超過了其他采后冷藏誘導(dǎo)的變化。在12.5°C下，果實(shí)的生理年齡和實(shí)際年齡相差顯著，因?yàn)槌墒鞎r(shí)間最長(zhǎng)。12.5°C下的果實(shí)成熟至轉(zhuǎn)色（Turning）階段并不是躍變期，果實(shí)沒有典型的呼吸或乙烯爆發(fā)；相反，果實(shí)中脫落酸含量較高。采后誘導(dǎo)成熟的果實(shí)與新鮮收獲的成熟果實(shí)（FHT）的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組存在明顯差異。"FHT"果實(shí)中光合作用基因和葉綠素水平的高表達(dá)表明光照會(huì)影響果實(shí)成熟過程中的分子變化。最后，對(duì)組學(xué)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，鑒定出可能受DNA甲基化調(diào)控的基因�？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)改善了對(duì)采后處理如何改變番茄果實(shí)成熟模式的理解，并有望幫助提高果實(shí)品質(zhì)。
研究方法
樣本收集：在兩個(gè)發(fā)育階段（MG和Turning）收集番茄果實(shí)樣本。
采后處理：在不同溫度下儲(chǔ)藏果實(shí)，如20°C、12.5°C和5°C，并包括5°C儲(chǔ)藏后重新在20°C下回溫處理。在MG收獲的果實(shí)（FHM）儲(chǔ)存在黑暗中，并在（i）20°C（20T）儲(chǔ)存后達(dá)到‘T’時(shí)進(jìn)行分析；（ii）12.5°C（12.5T），和（iii）5°C持續(xù)兩周，然后在20°C下回溫（5T）。對(duì)照組為新鮮收獲的成熟果實(shí)（FHT）。MG果實(shí)在5°C下儲(chǔ)存2周（5M）后也進(jìn)行分析。
實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)由六個(gè)隨機(jī)選擇的果皮組成，用于全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS）、RNA-seq、類胡蘿卜素和ABA實(shí)驗(yàn)。
研究結(jié)果
DNA甲基化：發(fā)現(xiàn)12.5°C儲(chǔ)藏的果實(shí)在DNA甲基化水平上有最顯著的變化。
基因表達(dá)：采后儲(chǔ)藏成熟的果實(shí)與在藤上成熟的果實(shí)在基因表達(dá)上有明顯差異，尤其是與光合作用相關(guān)的基因。
生理和分子變化：采后處理的果實(shí)在乙烯產(chǎn)生、呼吸率、類胡蘿卜素含量和脫落酸含量等方面表現(xiàn)出特異性生理和分子特征。
光合作用相關(guān)基因表達(dá)：采后儲(chǔ)藏成熟的果實(shí)顯示出與光合作用相關(guān)的基因表達(dá)降低，可能影響果實(shí)的代謝和品質(zhì)。
研究結(jié)論
本研究通過WGBS+RNA-seq的綜合分析，揭示了采后處理對(duì)番茄果實(shí)的DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組有顯著影響。研究結(jié)果表明12.5°C儲(chǔ)藏條件對(duì)果實(shí)的甲基化和基因表達(dá)模式有特殊影響，導(dǎo)致與其他儲(chǔ)藏條件不同的生理特性。而光合作用相關(guān)基因表達(dá)在采后果實(shí)中降低，可能與果實(shí)品質(zhì)下降有關(guān)。本研究結(jié)果有助于深入理解采后處理如何改變番茄果實(shí)的成熟模式，并為改善果實(shí)品質(zhì)提供信息。
研究亮點(diǎn)
- 首次將采后處理與番茄果實(shí)的DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組變化聯(lián)系起來。
- 揭示了采后溫度處理對(duì)果實(shí)成熟和品質(zhì)的復(fù)雜影響。
- 鑒定出可能受DNA甲基化調(diào)控的基因，為基因組或表觀基因組編輯提供了潛在目標(biāo)。
- 強(qiáng)調(diào)了光合作用在果實(shí)成熟過程中的重要性，以及光照在調(diào)控果實(shí)代謝中的作用。
關(guān)鍵圖形
（1）采后處理導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)和甲基化變化
圖1：采后處理和果實(shí)品質(zhì)。
B. 不同采后處理后番茄果實(shí)Turning階段照片。
C. 水果品質(zhì)參數(shù)的主成分分析（PCA）
D. 單個(gè)水果品質(zhì)參數(shù)，包括色度角（°）、硬度（g）、淀粉含量（mg starch g-1 FW）、還原糖（mg sugar g-1 FW）、可溶性固形物（TSS）（°Bx）和可滴定酸（TA）（meq.100 g-1 FW）。
（2）與光合作用活性一致相關(guān)的差異甲基化基因和差異表達(dá)基因
圖2：采后番茄果實(shí)甲基化組和轉(zhuǎn)錄組分析。
成對(duì)比較中DMG的注釋，使用“FHT”作為對(duì)照。‘12.5T’ vs ‘FHT’、‘20T’ vs ’FHT’、‘5T’ vs ‘FHT’。
C. ‘Turning’果實(shí)中轉(zhuǎn)錄組的主成分分析，即‘FHT’、‘20T’、’12.5T’和‘5T’。
D. 成對(duì)比較中DEG的Venn圖。
E. 使用DAVID對(duì)DEG（采后果實(shí)與‘FHT’相比）進(jìn)行富集分析（調(diào)整后P<0.05），它們都來自下調(diào)基因。
F–G. 將“12.5T”、“20T”、“5T”與“FHT”比較時(shí)，DAVID中下調(diào)基因的代表性術(shù)語。
（3）水果類胡蘿卜素和ABA含量
圖3：水果類胡蘿卜素和脫落酸（ABA）的代謝和轉(zhuǎn)錄組分析。
（4）采后果實(shí)乙烯量和呼吸速率
圖4：乙烯和二氧化碳的產(chǎn)生與采后果實(shí)的基因表達(dá)有關(guān)
（5）果實(shí)光合作用相關(guān)活性
圖5：采后番茄果實(shí)IDA與光合基因表達(dá)的關(guān)系
圖6：與‘FHT’果實(shí)相比，‘12.5T’果實(shí)的預(yù)測(cè)調(diào)控模式。
（6）果實(shí)成熟與品質(zhì)通路的相關(guān)性分析
表1：成熟轉(zhuǎn)錄因子的DNA甲基化與基因表達(dá)譜之間具有顯著相關(guān)性
參考文獻(xiàn)：
Zhou J, Zhou S, Chen B, Sangsoy K, Luengwilai K, Albornoz K, Beckles DM. Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling. Hortic Res. 2024 Jun;11(6):uhae095. pii: uhae095. doi: 10.1093/hr/uhae095. PubMed PMID: 38840937.
標(biāo)簽：
DNA甲基化
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