研究揭示春化作用促進開花的表觀遺傳調控機制

春化作用是植物必須經歷一段時間的持續低溫才能由營養生長階段轉入生殖生長階段的一種表觀遺傳現象，是植物適應溫度的季節性波動進化出來的一種機制，以確保在適當的時期開花。春化作用是影響植物物候期和地理分布的重要因素，對于牧草及作物生產具有非常重要的作用。DNA甲基化是一個重要的表觀遺傳標記，參與植物生長發育、逆境響應等生物學過程。然而，禾本科植物春化過程中DNA甲基化動態變化及其靶基因的調控機理仍知之甚少。

近日，四川農業大學草業科技學院張新全教授團隊在植物學權威期刊Plant Physiology在線發表研究論文，首次揭示了冷季型優質禾本科牧草鴨茅春化過程中的DNA甲基化動態變化規律，以及DNA甲基化調控基因表達促進開花的表觀遺傳機制。

該研究對不同春化階段的2006-1鴨茅進行比較，發現春化早期鴨茅基因組DNA甲基化水平上升與DNA甲基轉移酶和DNA去甲基化酶的轉錄水平動態變化有關。進一步分析發現，春化途徑相關基因（VIN3、SWM、VRN1(AP1)、VRT2、AGL20）表達水平與其啟動子區域CHH甲基化水平呈正相關關系。在鴨茅春化過程中外源噴施DNA甲基化促進劑，能夠顯著激活春化途徑相關基因表達，從而促進鴨茅開花。研究人員進一步對RNA介導的DNA甲基化途徑相關基因DgPAPS4進行擬南芥過表達試驗，結果表明DgPAPS4能夠通過提高DNA甲基化水平從而激活AtAGL20的表達，導致植株早花表型，進一步證實了DNA超甲基化在春化促進開花中的調控作用。

圖片來源：四川農業大學草業科技學院

綜上所述，該研究解析了鴨茅在春化過程中DNA甲基化動態變化規律，揭示了春化誘導DNA超甲基化在花原基萌發和發育中的關鍵作用。研究結果將為鴨茅等冷季型牧草及作物栽培馴化、品種改良以及花期調控提供重要的理論基礎。

四川農業大學張新全教授和黃琳凱教授為該論文的共同通訊作者，博士生楊忠富為該論文的第一作者，四川農業大學畢業生、美國喬治亞大學博士后嚴海東為共同第一作者。美國佛羅里達大學王建平教授和四川農業大學聶剛副教授、馮光燕博士等參與此項工作。該研究得到國家自然科學基金、國家科技基礎資源調查專項和國家牧草產業技術體系等項目資助。

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