大麻基因组中DNA甲基转移酶和去甲基化酶基因家族的鉴定及其在乙烯利诱导雌化过程中的表达分析

《BMC Plant Biology》：Expression dynamics of DNA methylation machinery during ethephon-induced sex-conversion in Cannabis sativa: an in silico genome-wide analysis

　　

摘要

背景

DNA甲基化是一种重要的表观遗传机制，参与植物生长、发育以及对环境信号的响应。尽管Cannabis sativa表现出显著的花性别可塑性，且乙烯诱导的雌化在农业上具有重要意义，但与此过程相关的DNA甲基化机制尚未得到系统研究。

结果

通过计算机基因组全范围分析，在C. sativa基因组中鉴定出十个DNA甲基化相关基因，包括六个5-胞嘧啶DNA甲基转移酶（C5-MTases）和四个DNA去甲基化酶（dMTases）。系统发育、基因结构、保守结构域和基序分析表明，这些基因家族高度保守，并与其他植物物种的同源基因共享结构特征。启动子分析揭示了大量与光照、植物激素和胁迫响应相关的顺式调控元件，其中包括乙烯响应基序。通过定量表达谱进行的功能验证表明，雄花和雌花之间存在明显的转录差异，并且在乙烯利诱导的雌化过程中，多个甲基转移酶和去甲基化酶基因的表达发生动态变化。这些转录变化伴随着开花及性别相关基因的表达改变，包括在整个花发育过程中AGL11、SOC1、SQUAMOSA1、LFY、 AP3、Men8、SHT和bHLH91等基因的表达变化。

结论

本研究首次全面表征了C. sativa中的DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶基因家族。在乙烯利诱导的雌化过程中观察到的表达模式鉴定出了候选基因，为未来研究导致C. sativa花发育和性别可塑性的DNA甲基化相关调控通路奠定了基础。

图形摘要

背景

DNA甲基化是一种重要的表观遗传机制，参与植物生长、发育以及对环境信号的响应。尽管Cannabis sativa表现出显著的花性别可塑性，且乙烯诱导的雌化在农业上具有重要意义，但与此过程相关的DNA甲基化机制尚未得到系统研究。

结果

通过计算机基因组全范围分析，在C. sativa基因组中鉴定出十个DNA甲基化相关基因，包括六个5-胞嘧啶DNA甲基转移酶（C5-MTases）和四个DNA去甲基化酶（dMTases）。系统发育、基因结构、保守结构域和基序分析表明，这些基因家族高度保守，并与其他植物物种的同源基因共享结构特征。启动子分析揭示了大量与光照、植物激素和胁迫响应相关的顺式调控元件，其中包括乙烯响应基序。通过定量表达谱进行的功能验证表明，雄花和雌花之间存在明显的转录差异，并且在乙烯利诱导的雌化过程中，多个甲基转移酶和去甲基化酶基因的表达发生动态变化。这些转录变化伴随着开花及性别相关基因的表达改变，包括在整个花发育过程中AGL11、SOC1、SQUAMOSA1、LFY、 AP3、Men8、SHT和bHLH91等基因的表达变化。

结论

本研究首次全面表征了C. sativa中的DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶基因家族。在乙烯利诱导的雌化过程中观察到的表达模式鉴定出了候选基因，为未来研究导致C. sativa花发育和性别可塑性的DNA甲基化相关调控通路奠定了基础。

图形摘要