表观基因组调控在果实成熟过程中控制双组分系统基因的表达

《Journal of Plant Growth Regulation》：Epigenomic Regulation Controls the Two-Component System Genes During Fruit Ripening

两成分系统（TCS）在植物乙烯和细胞分裂素信号传导中起关键作用，影响果实发育和胁迫响应。本研究比较了climacteric（呼吸跃变型）与non-climacteric（非呼吸跃变型）果实中TCS基因的进化差异，发现CHK（涉及 Chase 结构的HK）和ERS（乙烯响应传感器）基因早于 monocot-dicot（单子叶-双子叶）分化，其HK域进化与激素特异性相关。转录组分析显示climacteric果实中TCS基因在成熟期表达量更高，而表观遗传分析表明ERS基因的调控差异导致climacteric与non-climacteric果实对乙烯的响应分化。

　　

摘要

两组分系统（TCS）是由三组基因组成的分子团队：组氨酸激酶（HK）、含组氨酸的磷酸传递蛋白（HPT）和响应调节因子（RR）。它是植物中至关重要且保守性最高的信号传导级联之一，在乙烯和细胞分裂素的信号传导中起关键作用，并影响许多发育过程及应激响应途径。研究发现，TCS基因在 b?de 有成熟期的果实和非成熟期的果实中都有表达；然而，乙烯对果实成熟的调控仅发生在有成熟期的果实中。本研究探讨了TCS基因在有成熟期果实和非成熟期果实中的进化过程，以识别它们对乙烯介导的果实成熟反应的关键差异。对CHK（含有CHASE的HK）和ERS（乙烯响应传感器）基因的进化分析表明，这两类基因很早就发生了分化，这从它们对单子叶植物和双子叶植物的特异性中可以看出来。因此，植物中HK结构域的进化变化与激素特异性有关——CHK对细胞分裂素具有特异性，而ERS对乙烯具有特异性。CHASE（与环化酶/组氨酸激酶相关的细胞外传感器）和GAF（cGMP特异性磷酸二酯酶、腺苷酸环化酶及FhlA）结构域的进化变化并未显示出与其果实是否具有成熟期特征相关的明显模式。然而，对果实成熟过程中TCS模块的转录组分析显示，在有成熟期的果实中TCS基因的表达水平更高。表观遗传学分析还揭示了有成熟期果实中ERS基因的差异性调控，表明表观遗传调控控制着TCS基因在有成熟期果实和非成熟期果实中的不同表现。本研究探讨并阐明了TCS基因家族在果实成熟过程中各个阶段的基因组及表观遗传影响。