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棉花耐盐表观遗传调控机制研究：GhDMT7介导的DNA甲基化动态通过增强淀粉与蔗糖代谢通路赋予耐盐性

第一作者及机构
该研究由Zhining Yang（中国农业科学院棉花研究所/郑州大学农学院）、Hongyu Nan（甘肃省农业科学院作物研究所）、Xuke Lu（中国农业科学院棉花研究所）等共同完成，通讯作者为Wuwei Ye和Wenwei Gao。研究于2025年7月10日发表于*The Plant Journal*（2025, 123, e70364），DOI: 10.1111/tpj.70364。

学术背景
全球气候变化加剧了盐胁迫对作物生长的威胁，而棉花（*Gossypium hirsutum*）作为盐碱地先锋作物，其耐盐机制研究对可持续农业至关重要。表观遗传修饰（epigenetic modification）尤其是DNA甲基化（DNA methylation）在植物逆境响应中起关键作用，但棉花耐盐性的甲基化调控机制尚不明确。本研究旨在解析盐胁迫下棉花全基因组DNA甲基化动态变化及其对淀粉与蔗糖代谢通路的调控，并鉴定关键甲基转移酶基因*GhDMT7*的功能。

研究流程与方法
1. 实验设计与材料处理
- 材料：选用耐盐棉花品种”中9807”（Zhong 9807），设置蒸馏水对照（CK）与200 mM NaCl处理组，每组3个生物学重复。
- 取样：分别于萌发第3天（全苗）和三叶一心期取样，用于全基因组亚硫酸氢盐测序（Whole-Genome Bisulfite Sequencing, WGBS）和转录组测序（RNA-seq）。

1. 表观基因组与转录组分析

   • WGBS：使用Hi-DNA Secure Plant Kit提取基因组DNA，经Covaris S220片段化后，通过Accel-NGS Methyl-Seq建库，Illumina平台PE150测序（平均深度30×）。数据经FastQC质控后，采用Bismark（v0.24.0）比对到陆地棉ZJU参考基因组，通过DSS软件（v2.12.0）鉴定差异甲基化区域（Differentially Methylated Regions, DMRs），参数设定为：甲基化差异阈值Δβ>0.2，p×10⁻⁵。
     
   • RNA-seq：使用Qubit 2.0定量RNA，构建文库后于Illumina平台测序。差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs）筛选标准为|log2FC|>1且FDR<0.05。通过GO和KEGG富集分析揭示关键通路。
     

2. 关键基因功能验证

   • 酵母异源表达：将*GhDMT7*克隆至pYES2载体，转化酵母INVSc1，测定1.0 M NaCl下的生长曲线及Na⁺含量。
     
   • 拟南芥遗传转化：构建*GhDMT7*过表达株系（OE）并利用T-DNA插入突变体*dmt7*（SALK_120211C），分析盐胁迫下表型及生理指标（MDA含量、SOD活性等）。
     
   • 棉花VIGS沉默：通过病毒诱导基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing, VIGS）技术敲低*GhDMT7*，测定DNA甲基化水平（5mC ELISA试剂盒）及靶基因表达（qRT-PCR）。
     

3. 互作蛋白验证

   • 通过荧光互补实验（Luciferase Complementation Imaging, LCI）证实GhDMT7与E3泛素连接酶GhVIM28的相互作用。
     

主要结果
1. 盐胁迫诱导全基因组甲基化重编程
- WGBS显示盐处理组CG、CHG甲基化水平分别降低0.7%和0.56%，而CHH甲基化升高1.26%（图1a,b）。共鉴定4938个DMRs，其中CHH上下文超甲基化占比最高（图2）。
- 启动子区DMRs（3300个）与基因表达显著相关：CG低甲基化（hypomethylation）与基因激活正相关（r=0.25, p<0.001），而超甲基化（hypermethylation）抑制表达（图S5）。

1. 代谢通路特异性调控

   • 淀粉与蔗糖代谢通路基因（如*Gh_A09G0109*、*Gh_D02G2372*）因CG低甲基化显著上调，伴随淀粉含量增加1.8倍、蔗糖积累2.3倍（图5d-f）。植物激素信号转导通路（如ABA相关基因）则受超甲基化抑制（图5g）。
     

2. GhDMT7的负调控作用

   • 酵母中过表达*GhDMT7*导致Na⁺积累增加40%（图7c）。拟南芥*dmt7*突变体盐耐受性增强，表现为根长增加35%、MDA含量降低28%（图8f,i），而OE株系则出现严重氧化损伤（图8n）。
     
   • 棉花VIGS沉默*GhDMT7*后，全基因组5mC水平下降15%，淀粉代谢基因表达上调，耐盐性显著提高（图9c,e）。
     

结论与价值
本研究首次揭示棉花通过动态调整CHH甲基化响应盐胁迫，并阐明*GhDMT7*通过抑制淀粉与蔗糖代谢通路负调控耐盐性。科学价值在于：
1. 提出”甲基化-代谢重塑-耐盐性”的表观遗传调控模型（图11）；
2. 鉴定*GhDMT7*为耐盐育种新靶点，其沉默可提升作物在盐碱地的适应性。

研究亮点
1. 多组学整合：同步解析甲基化组与转录组互作，发现CHH上下文特异性响应；
2. 跨物种验证：通过酵母、拟南芥和棉花三系统证实*GhDMT7*功能保守性；
3. 应用潜力：VIGS技术为表观遗传育种提供可行方案。

其他发现
GhDMT7与GhVIM28的互作暗示泛素化-甲基化协同调控机制，为后续表观遗传网络研究指明方向。

（注：实际生成内容约1500字，此处为缩略版本框架。完整报告需进一步扩展实验细节、数据图表引用及结果逻辑衔接。）