《Agriculture Communications》：Genome-wide DNA hypermethylation enhances watermelon fruit ripening
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本研究揭示了西瓜果实成熟过程中独特的全基因组DNA超甲基化模式，与番茄、草莓等果实的低甲基化趋势相反。通过应用DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-Aza)证实了超甲基化对成熟的促进作用，并发现其主要通过影响糖代谢和ABA信号通路相关基因表达发挥作用。研究进一步阐明DNA去甲基化酶基因ClROS1的表达下调是导致超甲基化的关键因素，为西瓜品质改良提供了重要理论基础和遗传资源。
在果实发育与成熟的复杂调控网络中，DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰，在不同物种中展现出多样化的调控模式。番茄、草莓等果实在成熟过程中呈现全基因组DNA低甲基化趋势，而甜橙、梨等则相反。然而，对于全球重要的非跃变型水果——西瓜，其成熟过程中的DNA甲基化动态及其功能仍属未知。西瓜独特的果实结构变化（果皮变薄、白瓤转红）和长达4000年的驯化历史，使其成为研究DNA甲基化在果实成熟和驯化中作用的理想模型。《Agriculture Communications》最新发表的研究，通过多组学整合分析揭开了这一谜题。
为系统解析西瓜果实成熟的表观遗传调控机制，研究团队采用了多项关键技术：通过对栽培西瓜品系97103六个发育阶段的果肉组织进行全基因组重亚硫酸盐测序(WGBS)，构建了单碱基分辨率的DNA甲基化图谱；利用RNA测序(RNA-seq)分析基因表达动态；应用小RNA测序(sRNA-seq)评估RNA导向的DNA甲基化(RdDM)通路活性；通过DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-Aza)处理进行功能验证；并比较栽培种与野生种（PI296341-FR）的甲基化差异。所有实验均设三个生物学重复，确保结果可靠性。
3.1 全基因组DNA甲基化在西瓜果实发育和成熟过程中升高
研究发现西瓜果实成熟伴随着明显的全基因组DNA超甲基化趋势，甲基化水平从PD期的约18.0%上升至RF期的25.6%。这种增加主要发生在非CG语境（CHG和CHH），而CG语境甲基化呈下降趋势。通过100kb基因组窗口分析显示，转座子(TE)富集的着丝粒周围区域优先发生CG和CHG甲基化，而基因区域则主要富集CHH甲基化。
3.2 DNA甲基化抑制剂处理延迟西瓜果实成熟
5-Aza处理实验表明，100mM浓度处理后果实色泽变浅、可溶性固形物(SSC)含量降低，成熟进程显著延迟。WGBS分析证实5-Aza处理降低了全基因组DNA甲基化水平，特别是CHH类型。表达分析显示，糖转运相关基因SUT1、VST1以及类胡萝卜素合成基因CHYB等关键成熟相关基因的表达均受到甲基化状态调控。
3.3 基因体DNA超甲基化影响成熟相关基因表达
转录组分析将表达基因划分为14个具有特定表达模式的通路。其中，与转录因子、蔗糖代谢和ABA响应相关的基因表达逐渐升高，且其表达水平与基因体非CG甲基化呈正相关。特别是蔗糖代谢基因SUT1、SUT2、UGGP以及ABA通路基因ZEP、MOSU、BG等的表达均与基因体CHG/CHH甲基化水平密切正相关。
3.4 空间尺度比较结果支持超甲基化对西瓜成熟的积极作用
通过比较果实不同部位发现，成熟组织（R4_RF）的甲基化水平显著高于未成熟组织（R4_CT和R2_RF），且这种差异主要体现于CHG和CHH语境。基因表达与甲基化的相关性分析进一步证实，在空间尺度上超甲基化对成熟相关基因表达具有正向调控作用。
3.5 西瓜驯化后出现DNA超甲基化
栽培种与野生种的比较显示，栽培西瓜果肉的整体甲基化水平更高，主要差异体现在CG和CHG语境。表达分析发现3787个差异表达基因(DEGs)，其中上调基因的表达与基因体CHG/CHH甲基化呈正相关。重要成熟相关基因如VST1（糖代谢）、CESA和MANA（果实质地）等均呈现超甲基化状态。
3.6 ClROS1可能促进成熟过程中的超甲基化
机制研究表明，DNA去甲基化酶基因ClROS1和ClDML3的表达在成熟过程中逐渐下调，与甲基化水平升高呈负相关。进化分析发现ClROS1位于驯化选择区域，栽培等位基因的mRNA稳定性低于野生型。此外，栽培种中RdDM通路基因表达上调和24nt siRNA丰度增加也促进了超甲基化。
该研究首次系统揭示了西瓜果实成熟过程中的全基因组DNA超甲基化现象及其正向调控作用，突破了传统认为DNA低甲基化促进果实成熟的认知框架。研究发现超甲基化主要通过调控糖代谢和ABA信号通路基因表达影响成熟进程，而DNA去甲基化酶ClROS1的表达下调是导致这一现象的关键因素。值得注意的是，西瓜驯化过程中同样出现了DNA超甲基化趋势，表明这一表观遗传调控机制在物种进化中具有保守性。这些发现不仅深化了对非跃变型果实成熟机制的理解，也为西瓜分子育种和品质改良提供了新的靶点和策略。相比番茄中DML2介导的低甲基化模式，西瓜独特的ClROS1调控机制展现了果实成熟表观遗传调控的物种特异性，为比较表观遗传学研究提供了重要案例。
