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《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康研究組和郎曌博研究組題為 Critical roles of DNA demethylation in the activation of ripening-induced genes and inhibition of ripening-repressed genes in tomato fruit 的研究論文。該研究利用 CRISPR/Cas 9 技術(shù)獲得了番茄 sldml2 的突變體植株，發(fā)現(xiàn)了番茄 SlDML2 調(diào)節(jié)的 DNA 去甲基化不僅可以激活成熟需要的基因，同時還可以抑制成熟不需要的基因，在調(diào)節(jié)番茄果實(shí)成熟的過程中發(fā)揮了重要作用。

DNA 甲基化是一種保守的表觀遺傳學(xué)標(biāo)記，在生物發(fā)育和環(huán)境應(yīng)答的過程中具有重要的調(diào)控作用。DNA 甲基化和與之拮抗的 DNA 去甲基化過程相互平衡，動態(tài)調(diào)控基因組 DNA 甲基化模式，任何一方的失調(diào)都會導(dǎo)致 DNA 甲基化模式的紊亂。目前 DNA 甲基化與果實(shí)成熟間的關(guān)聯(lián)和調(diào)控機(jī)制還知之甚少。有研究表明，DNA 去甲基化可能參與到了番茄果實(shí)的成熟過程。在番茄果實(shí)的成熟過程中，DNA 甲基化水平顯著降低，同時施用 DNA 甲基化的抑制劑可以加快果實(shí)成熟。但是 DNA 甲基化調(diào)控果實(shí)成熟的具體機(jī)制目前尚未證實(shí)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員利用 CRISPR/Cas 9 技術(shù)獲得了番茄 sldml2 的突變體，SLDML2 基因與擬南芥中的 DNA 去甲基化酶基因 ROS1 具有很高的同源性。由于該基因的失活，使得全基因組范圍內(nèi)的甲基化水平升高，誘導(dǎo)果實(shí)成熟的基因表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致番茄果實(shí)不能正常成熟。進(jìn)一步研究表明，SlDML2 參與了成熟相關(guān)基因的激活表達(dá)，主要參與了色素合成和口味形成、乙烯生物合成及信號傳導(dǎo)途徑、細(xì)胞壁水解等途徑中。另外，令研究者意外的是，SlDML2 介導(dǎo)的 DNA 去甲基化也抑制了果實(shí)成熟中并不需要的基因的表達(dá)，這些基因大多是參與光合作用及細(xì)胞壁合成的基因。這項(xiàng)研究不僅發(fā)現(xiàn)了 SIDML2 基因的 DNA 去甲基化功能，而且揭示了 DNA 去甲基化在果實(shí)成熟發(fā)育過程中的重要作用，極有可能調(diào)控著果實(shí)成熟發(fā)育的度。該發(fā)現(xiàn)揭示 DNA 甲基化可能是轉(zhuǎn)錄因子和植物激素之外的第三個zui重要的調(diào)節(jié)果實(shí)成熟因子，具有重要的理論和應(yīng)用價值。

該工作由逆境中心和普渡大學(xué)共同完成，逆境中心郎曌博為*作者，朱健康、郎曌博為共同通訊作者。該工作得到了中科院等經(jīng)費(fèi)的資助。