葡萄院科研人员揭示DNA甲基化调控葡萄着色的新机制

葡萄颜色主要由花色苷含量和种类决定，花色苷主要存在于葡萄果实的表皮层内，直接影响果实的外观品质，影响商品性状和消费者的购买欲。葡萄花色苷合成的主要场所在果皮表皮细胞中，并在液泡中积累。然而，人们对葡萄成熟过程中花色苷大量合成积累引起果实着色的生物学机制还研究尚浅。在我国部分产区，‘品丽珠'’赤霞珠‘等常见酿酒葡萄普遍着色不良，严重影响产区葡萄酒品质。因此，深入研究葡萄着色机制，创新理论来解决这一产业问题迫在眉睫。为此山东省葡萄研究院种质资源与育种创新团队科研人员以表观遗传调控机制角度入手，精准聚焦’品丽珠‘葡萄果皮细胞展开研究，发现了DNA甲基化调控葡萄着色的新机制。这一成果于2024年2月23日发表于基因组学领域重要学术期刊Genomics（WOS分区1区、CiteScore分区1区；5年最高影响因子6.205），文章标题为《Genome-wide DNA methylation dynamics and RNA-seq analysis during grape （cv.'Cabernet Franc’） skin coloration》。
 
　　此研究利用全基因组硫化测序和转录组测序方法分析了葡萄果皮在转色过程中全基因组水平的DNA甲基化动态以及DNA甲基化修饰对关键基因表达的影响作用。
 
　　研究人员发现在膨大期和着色期的葡萄果皮中，CG类型甲基化水平最高，然而在葡萄着色过程的果皮中CHH类型甲基化的动态变化最强烈，富含CHH序列的DNA甲基化差异区域（DMR）所占比例最高，数量远高于其他类型的DNA甲基化差异区域。结合转录组分析，研究人员发现葡萄花色苷合成途径中关键基因VIT_213s0067g03820和VIT_213s0067g02870 （查尔酮异构酶基因，chalcone isomerase gene）、VIT_206s0009g02920 （类黄酮3',5'-羟化酶基因，flavonoid 3',5'-hydroxylase gene）、VIT_216s0098g00860 （柚皮素3-加氧酶基因，naringenin 3-dioxygenase gene）等会受到DNA甲基化修饰的影响，在葡萄转色过程的果皮中表达水平显著上调。葡萄转色过程中，葡萄果皮细胞内的甲基化转移酶基因VvMET3、VvCMT2b和VvCMT3表达水平显著上调，而去甲基化酶基因VvROS1和VvDML3表达水平也显著上升。
 
　　该研究为解决葡萄着色不良问题提供了启示。山东省葡萄研究院引进的“A类优博人才”李傲博士为文章第一作者。山东省葡萄研究院王鹏飞研究员和宁夏大学单守明教授为文章共同通讯作者。该研究获得山东省自然科学基金、山东省重大科技创新工程、山东省农业良种工程、山东省农业科学院农业科技创新工程以及宁夏农业关键核心技术攻关项目的资助。（撰稿人：李傲  核稿人：赵红军）




日期：2024-02-29