柑橘是全球重要的果樹作物，在過去的幾十年中常受到低溫凍害影響而造成大量減產(chǎn)。宜昌橙（Citrus ichangenesis）是柑橘中重要的抗寒性野生種質(zhì)資源，具有巨大的抗寒基因挖掘潛力。雖然DNA甲基化修飾被認為是調(diào)節(jié)植物脅迫適應的關鍵表觀遺傳機制，但在多年生木本植物中，尤其是在柑橘屬中的耐寒性作用仍然知之甚少。

 

　　該團隊通過對宜昌橙（柑橘抗寒資源）和檸檬（低溫敏感類型）進行抗性鑒定，結合葉綠素熒光、電導率等多種生理數(shù)據(jù)明確了二者抗寒上的顯著差異。在此基礎上，通過轉錄組和DNA甲基化組聯(lián)合分析，成功鑒定出在宜昌橙中顯著上調(diào)表達并且甲基化水平更低的33個關鍵基因。在檸檬中這些基因均受到CpG甲基化修飾，說明CpG甲基化修飾在低溫過程中具有關鍵作用。其中TET8不僅表現(xiàn)出顯著的甲基化水平差異而且表達水平差異也非常巨大。

 

　　進一步利用基因沉默分別敲低宜昌橙和檸檬中TET8的表達，證明了TET8在抗寒中具有至關重要的功能。使用DNA甲基化抑制劑5-氮雜胞苷處理檸檬，降低TET8的CpG甲基化水平同時提高TET8的表達，說明了CpG甲基化對TET8表達的抑制作用。此外，基因沉默MET1可以降低TET8上的CpG甲基化水平，顯著提高TET8的表達水平，同時增強檸檬的抗寒能力，證明MET1介導CpG甲基化抑制了檸檬TET8的基因表達。

 

　　綜上，研究團隊首次闡述了TET8在植物低溫脅迫中的重要功能，揭示了“MET1-TET8”表觀調(diào)控模塊在冷脅迫響應中的作用，并為培育耐寒柑橘提供了可操作的潛在靶點。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學園藝林學學院劉繼紅教授為該論文通訊作者，在讀博士生王一磊、蔣昕為該論文共同第一作者，李春龍教授為本研究提供了指導和幫助。本研究得到了國家自然科學基金（32330095）、國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD1200503）和江蘇省重點研發(fā)計劃項目（BE2023328）等項目的資助。

 

　　英文摘要：

 

　　DNA methylation is a critical epigenetic mark regulating a diversity of physiological and biological processes in plants. However, the role of DNA methylation in the regulation of cold stress response remains poorly elucidated, particularly in perennial plants like citrus.

 

　　In this study, 33 genes exhibited greater upregulation but more pronounced hypomethylation in Ichang papeda （Citrus ichangensis）， a cold-hardy plant, relative to lemon （Citrus limon, cold-sensitive） by an integrated analysis of transcriptome and methylome.

 

　　Tetraspanin8 （TET8） exhibited the most substantial changes in both expression and methylation levels. TET8, localized in the plasma membrane and endoplasmic reticulum, played a positive role in cold tolerance. TET8 was mainly methylated in the context of CpG in the exon and 3' untranslated region. 5-Azacytidine treatment led to noticeable inhibition of CpG methylation in TET8, significant upregulation of TET8 and enhanced cold tolerance. Moreover, the expression level of Methyltransferase1 （MET1） was lower in Ichang papeda than in lemon. Silencing of MET1 suppressed CpG methylation, but upregulated TET8 and conferred cold tolerance.

 

　　These findings indicate that MET1-mediated CpG methylation in TET8 plays a key role in the modulation of cold tolerance, which provides valuable insights into the understanding on epigenetic regulation of cold stress response in plants.

 

　　論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70464