单粒精播通过DNA甲基化调控花生叶片与根系分子机制提升产量的研究

本研究揭示了单粒精播(SS)相比双粒播种(DS)显著提高花生产量的表观遗传机制。通过全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组分析发现，DS通过RNA导向的DNA甲基化(RdDM)途径增加CHH甲基化水平：在叶片中导致WRKY基因启动子高甲基化加速衰老；在根系中降低类黄酮合成基因启动子甲基化，促进根瘤形成和胁迫抗性。结合宏基因组分析证实SS通过表观调控改善氮磷吸收，为作物栽培模式优化提供了分子层面新见解。

　　

生长差异与甲基化抑制剂验证

温室控制实验显示，花生单粒精播(SS)在萌发后42天(DAG)开始显现生长优势，其茎叶鲜重、根系表面积等指标显著高于双粒播种(DS)。应用DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-aza)后，SS的生长优势消失，表明DNA甲基化参与调控种植模式差异。浓度实验确定20 μM为最佳处理浓度，该剂量下DS与SS的形态指标趋于一致，双向ANOVA证实种植模式与甲基化状态存在显著交互作用。

全基因组甲基化图谱特征

WGBS分析揭示DS在叶片和根系中均引发更高的平均甲基化水平，其中CHH甲基化增幅最显著。染色体水平热图显示CHH甲基化与转座子(TE)密度呈正相关。启动子区域分析发现，DS导致叶片中15,562个差异甲基化启动子(DMP)和根系中13,560个DMP，其中CHH型占比最高。TE分类表明，叶片中Copia和DNA转座子甲基化程度高，而根系以DNA转座子为主。

RdDM通路的关键调控作用

系统鉴定出65个甲基化相关基因，包括15个甲基转移酶和8个去甲基化酶。转录组数据显示，DS显著上调RdDM通路组分：叶片中AhCLSY1/2和AhNRPD2B表达增加，根系中AhAGO4-2和AhDCL3被激活。小RNA测序证实24-nt siRNA在DS中富集，其丰度与CHH超甲基化区域高度吻合，支持RdDM介导的甲基化建立机制。

叶片衰老的WRKY调控网络

整合分析发现DS叶片中665个基因同时存在启动子高CHH甲基化和表达下调。GO富集显示"叶片衰老负调控"途径最显著，涉及5个WRKY转录因子(如AhWRKY101)。甲基化抑制实验证实启动子CHH甲基化与WRKY表达呈负相关。生理检测显示DS叶片叶绿素a/b含量降低32.67%，加速了衰老进程。

根系类黄酮代谢与根瘤发育

根系中480个差异基因与启动子甲基化变化相关，类黄酮代谢通路最为富集。SS降低CHS、CHI等14个基因启动子甲基化，使类黄酮含量提升84.84%。这促进根瘤数量增加18.06%，并增强超氧化物歧化酶(SOD)活性42.57%。宏基因组分析表明SS提高固氮基因nifH表达28.57%，同时降低反硝化途径60%基因活性，使根际铵态氮和有效磷分别增加26.09%和18.75%。

表观遗传调控模型

研究最终提出双通路调控模型：DS通过RdDM增加CHH甲基化，在叶片抑制WRKY延缓衰老，在根系抑制类黄酮合成阻碍根瘤发育；SS则通过相反机制优化光合产物分配和养分吸收。该发现为作物栽培模式优化提供了表观遗传学理论基础，展示通过调控DNA甲基化改善作物产量的可行路径。