基于转录组分析的SlCMT4基因敲除对番茄花器官的影响

[目的]DNA甲基化是由DNA甲基转移酶催化的重要表观遗传修饰,DNA甲基转移酶在植物发育、转录控制和代谢途径调控中具有重要作用。本研究旨在明确DNA甲基转移酶基因SlCMT4调控番茄花器官形成和发育的表观遗传机制。[方法]本研究以经典番茄栽培品种Ailsa Craig(AC^(^(++)))为背景材料,采用CRISPR⁃Cas9基因编辑技术,获得SlCMT4突变株系。我们提取番茄花器官RNA,进行转录组测序,根据差异基因进行基因功能及代谢通路分析。[结果]研究了SlCMT4基因在野生型(AC^(++))和突变体番茄(Nr和Rin)不同果实发育阶段的表达模式,发现该基因在番茄成熟突变体Nr和Rin果实中的表达水平显著高于野生型番茄,表明SlCMT4基因的表达可能受激素乙烯信号和成熟相关转录因子RIN的负调控。SlCMT4基因敲除导致番茄花器官出现多种表型,包括雄蕊卷曲、雌蕊变粗变短等。我们在突变株系(CR⁃08)的花器官样品中鉴定了1398个差异表达基因(DEG),其中512个上调,886个下调。差异表达基因的KEGG分析结果表明,大多数差异表达基因被归类为以下5条功能代谢通路:植物激素信号转导、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢。参与生长素激活信号通路与木葡聚糖代谢过程的基因下调表达较多,乙烯生物合成与细胞分裂素代谢过程的基因上调表达较多,这些代谢途径可能在番茄花器官形成和发育中发挥了重要的作用。[结论]从转录组水平研究了DNA甲基转移酶基因SlCMT4基因的功能,研究结果表明SlCMT4基因可能在调控番茄花器官形成和发育中发挥重要作用,为进一步探索番茄DNA甲基转移酶基因的功能提供新的理论基础。