大家好，這里是專注表觀組學(xué)十余年，領(lǐng)跑多組學(xué)科研服務(wù)的易基因。

滇重樓（Paris polyphylla var. yunnanensis）是一種著名的中藥材，其花藥在花粉成熟后表現(xiàn)出獨(dú)特的周期性開裂和閉合的生理特性。其種子具有“次生休眠”特性，導(dǎo)致發(fā)芽率低、繁殖效率差。種子休眠受植物激素（如赤霉素和脫落酸）含量及比例影響，而這些激素的合成基因表達(dá)又受溫度、光照和種子含水量等因素調(diào)控。此外，滇重樓的花藥在花粉成熟后會(huì)出現(xiàn)獨(dú)特的周期性開裂和閉合現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象對(duì)種子休眠的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

近日，昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院王斌教授團(tuán)隊(duì)通過RNA測序和DNA甲基化測序，比較了花粉和種子在花藥開裂與閉合過程中的基因表達(dá)和甲基化變化，并結(jié)合不同花粉授粉模型，分析了這些變化對(duì)種子休眠的調(diào)控機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Exploring the potential of Paris polyphylla var. yunnanensis pollen manipulation in modifying seed dormancy”為題發(fā)表在《Frontiers in Plant Science》期刊。深圳市易基因科技為本研究提供DNA甲基化測序（RRBS）技術(shù)服務(wù)。

研究人員結(jié)合RNA測序（RNA-seq）和簡化基因組DNA甲基化測序（RRBS）技術(shù)，分析了花藥開裂和閉合過程中花粉和種子的基因表達(dá)譜以及甲基化變化，并研究了低溫處理后的影響。通過KEGG通路富集分析，鑒定出溫度相關(guān)甲基化變化敏感的基因簇（clusters）。

研究設(shè)置四種花粉處理模型：正常對(duì)照組、“低溫保護(hù)花粉”組、“剛開裂花藥的花粉”組和“閉合阻斷花藥的花粉”組，通過人工授粉產(chǎn)生相應(yīng)的種子。隨后利用qRT-PCR技術(shù)驗(yàn)證在不同處理?xiàng)l件下，授粉種子中標(biāo)記基因表達(dá)模式變化。

通過轉(zhuǎn)錄組分析，研究者鑒定出花藥與正常組織之間的差異顯著表達(dá)基因，以及與低溫處理花粉和種子相關(guān)的甲基化變化基因區(qū)域。氧化磷酸化（ko00190）、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（ko04075）和玉米素生物合成（ko00908）三條信號(hào)通路表現(xiàn)出顯著的基因表達(dá)和甲基化變化富集。尤其是NADH-泛醌氧化還原酶鏈5、質(zhì)膜ATP酶4、細(xì)胞色素c氧化酶亞基2、玉米素-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、ABA不敏感蛋白5類似蛋白4和吲哚-3-乙酸酰胺合成酶（IAAS）等被鑒定為易受溫度誘導(dǎo)的甲基化變化影響的基因簇。

不同花粉授粉模型的評(píng)估結(jié)果顯示，IAAS、蔗糖合成酶（SUS）、赤霉素2-氧化酶（GA2ox）、ABA不敏感蛋白2（ABI2）和生長素抑制蛋白（ARP）這五個(gè)與休眠調(diào)控相關(guān)的標(biāo)記基因在閉合阻斷花藥的花粉、低溫保護(hù)的花粉以及剛開裂花藥的花粉三種情況均表現(xiàn)出差異表達(dá)模式。閉合阻斷花藥處理導(dǎo)致IAAS、SUS、GA2ox和ABI2的表達(dá)顯著上調(diào)，而ARP表達(dá)則顯著下調(diào)，這表明閉合阻斷花藥處理傾向于延長種子休眠期。而在低溫保護(hù)的花藥模型中，SUS、ARP、GA2ox和IAAS的表達(dá)水平降低，ABI2表達(dá)上調(diào)，總體上促進(jìn)種子萌發(fā)。