多组学联合解析二倍体与四倍体大白菜种子表观基因组差异及低活力机制

本研究针对四倍体大白菜种子活力降低的难题，通过整合全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)、转录组和代谢组技术，系统揭示了二倍体与四倍体种子在DNA甲基化、基因表达和代谢物层面的差异。研究发现四倍体种子CG/CHG/CHH序列甲基化水平普遍降低，ABA信号通路相关基因(ABF/PYR/PYL/SRK/PP2C)呈现差异甲基化与表达模式，为解析多倍体种子发育缺陷提供了表观遗传学新视角。

　　

在蔬菜育种领域，大白菜作为重要的十字花科作物，其多倍体育种常面临种子活力下降的"顽疾"。四倍体大白菜虽具有器官巨大化等优势，但种子发芽率低、贮藏性差的问题长期制约品种推广。传统研究多聚焦于形态学和生理指标，而对表观遗传调控这一"幕后黑手"的认识仍如雾里看花。

为揭开这一谜团，研究人员采用多组学联合作战策略，对二倍体与四倍体大白菜种子展开全面"体检"。通过全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)绘制甲基化图谱，结合转录组和代谢组数据，构建了从DNA修饰到基因表达再到代谢产物的三维调控网络。

关键技术包括：全基因组甲基化测序(WGBS)检测CG/CHG/CHH三种序列上下文甲基化水平，RNA-seq分析萌发前后基因表达动态，LC-MS/MS平台鉴定1346种代谢物。所有种子样本均来自连续多年种植的稳定品系。

表观基因组差异揭示甲基化特征
WGBS数据显示四倍体种子呈现全局性低甲基化，CG、CHG和CHH三种序列上下文的甲基化胞嘧啶数量均显著减少。差异甲基化区域(DMRs)主要富集在基因上下游调控区，其中二倍体种子超甲基化区域数量占优，暗示甲基化可能通过远程调控影响基因表达。

转录组动态变化指向代谢重编程
萌发前后比较发现，四倍体种子更多基因呈现表达下调趋势。KEGG分析揭示这些差异基因集中在碳水化合物代谢、氨基酸代谢等基础生命活动通路。特别值得注意的是，类黄酮合成通路和植物激素信号转导通路成为最显著的富集项。

代谢组-表观组联合分析锁定ABA枢纽
在检测到的1346种代谢物中，植物激素相关代谢网络尤为突出。进一步关联分析发现，ABA信号通路关键元件包括7个ABF（ABA响应元件结合因子）、18个PYR/PYL（ABA受体）、6个SnRK₂（蔗糖非酵解相关蛋白激酶）和2个PP2C（蛋白磷酸酶2C）基因，在两种倍性种子间呈现差异化甲基化和表达模式。这些基因同时富集于次生代谢物生物合成和激素信号通路，构成调控种子活力的关键节点。

研究结论表明，四倍体大白菜种子表观基因组特征改变可能通过ABA信号通路影响代谢网络，最终导致种子活力下降。该发现不仅为多倍体种子活力调控提供了新型分子标记，更开辟了通过表观遗传编辑改良种质资源的新思路。论文发表在《Genomics》的这项研究，首次系统描绘了植物多倍体种子表观遗传调控图谱，对解决作物多倍体育种中的"种子活力瓶颈"具有重要指导价值。