大家好，這里是專注表觀組學十余年，領跑多組學科研服務的易基因。

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又受溫度、光照和種子含水量等因素調控。此外，滇重樓的花藥在花粉成熟后會出現(xiàn)獨特的周期性開裂和閉合現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象對種子休眠的調控機制尚不清楚。

近日，昆明學院農學與生命科學學院王斌教授團隊通過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和甲基化變化，并結合不同花粉授粉模型，分析了這些變化對種子休眠的調控機制。相關研究成果以“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）技術服務。

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

研究設置四種花粉處理模型：正常對照組、“低溫保護花粉”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)生相應的種子。隨后利用qRT-PCR技術驗證在不同處理條件下，授粉種子中標記基因表達模式變化。

通過轉錄組分析，研究者鑒定出花藥與正常組織之間的差異顯著表達基因，以及與低溫處理花粉和種子相關的甲基化變化基因區(qū)域。氧化磷酸化（ko00190）、植物激素信號轉導（ko04075）和玉米素生物合成（ko00908）三條信號通路表現(xiàn)出顯著的基因表達和甲基化變化富集。尤其是NADH-泛醌氧化還原酶鏈5、質膜ATP酶4、細胞色素c氧化酶亞基2、玉米素-O-葡萄糖基轉移酶、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的甲基化變化影響的基因簇。

不同花粉授粉模型的評估結果顯示，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）這五個與休眠調控相關的標記基因在閉合阻斷花藥的花粉、低溫保護的花粉以及剛開裂花藥的花粉三種情況均表現(xiàn)出差異表達模式。閉合阻斷花藥處理導致IAAS、SUS、GA2ox和ABI2的表達顯著上調，而ARP表達則顯著下調，這表明閉合阻斷花藥處理傾向于延長種子休眠期。而在低溫保護的花藥模型中，SUS、ARP、GA2ox和IAAS的表達水平降低，ABI2表達上調，總體上促進種子萌發(fā)。