近日，Scientia Horticulturae在线发表了河南科技大学园艺与植物保护学院郭大龙团队题为Transcription factor VviAGL6a regulates fruit ripening
by directly activating grape VviJMJ21 的研究论文。
![]()
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113396
葡萄(Vitis vinifera L.)是世界上种植最广泛、最重要的经济作物之一，可用于鲜食、酿酒、加工、制汁等，因其美味可口，营养和经济价值高，受到了广大群众的欢迎。随着人们生活水平的提高，早熟葡萄越来越受到消费者的青睐，但在我国目前的葡萄栽培管理中，早熟品种相对较少。而组蛋白甲基化是一种发生在H3、H4的赖氨酸和精氨酸上的组蛋白修饰，主要由组蛋白甲基转移酶(HMTs)和组蛋白去甲基化酶（HDMs）参与，对植物的生长发育以及果实成熟至关重要。团队通过MTA（组蛋白甲基化酶抑制剂）处理‘巨峰’葡萄果实，发现葡萄提前成熟。通过转录组分析发现VviJMJ21表现出显著差异，同时VviAGL6a被认为是重要的上游调控基因。进一步的实验证明，VviAGL6a正调控VviJMJ21的表达。这项研究结果将为进一步探索组蛋白甲基化对葡萄果实早熟的影响，提供了更多的理论基础和分子见解。
本研究在试验田中选取‘巨峰’葡萄作为试验材料，用MTA溶液浸蘸葡萄果实10 min作为处理，蒸馏水浸蘸作为对照，在处理后的2、4、6、10 d随机采取大小一致并且没有机械损伤的葡萄果实进行转录组测序，得出以下主要结果。研究发现，经MTA处理后，葡萄明显提前成熟（图1）。随后挑选果实进行转录组测序，并对转录组数据进行评估，根据主成分分析（PCA）（图2A）、相关矩阵热图（图2B）和箱型图（图2C），发现不同发育阶段的样品分散在不同的处理条件下，且样本基因表达水平分布的离散度平均，不同样本的基因表达丰度总体良好，结果表明样品的重复性以及测序结果是可靠的。利用clusterGVsi包对这些基因进行聚类、趋势、GO富集分析（图3），结果表明Cluster 2和Cluster 5中的DEGs表达趋势有明显的差异。GO富集分析显示Cluster 2中的基因主要富集在细胞壁生物发生、木聚糖代谢过程和对生长素的反应等通路，Cluster 5中的基因主要富集在甲基转移酶活性，乙酰转移酶活性、半乳糖代谢过程和阳离子跨膜转运蛋白活性等通路。对全部的差异基因进行了WGCNA分析（图4），发现brown、blue模块分别与CK10、MTA2果实发育阶段显著相关，对这两个模块里的基因进行GO、KEGG富集分析。GO富集结果表明（图4C），这两个模块的基因主要富集在氧化还原酶活性、对非生物刺激的反应和转移酶活性等通路，KEGG结果表明这些基因富集在脂质代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢等通路（图4D）。其中氧化还原酶活性和对非生物刺激的反应通路是高度富集的，对这两个通路里的基因进行分析发现VviJMJ21（Vitvi18g00437）基因，该基因属于JmjC家族，而含有JmjC结构域的基因是一种典型的组蛋白去甲基化酶。图4葡萄果实发育阶段对照与处理间DEGs的WGCNA、GO和KEGG分析为了进一步阐明MTA是如何通过蛋白去甲基化酶调节葡萄果实成熟，通过PlantTFDB数据库对VviJMJ21进行转录因子预测，并构建了基因调控网络（图5）。通过预测发现，调控该基因的转录因子有NAC、MYB、WRKY、bHLH家族等。进一步发现转录因子VviAGL6a（Vitvi15g00776），该基因属于MDS家族，参与果实、种子和胚胎发育的调节。5. VviAGL6a 可以直接结合VviJMJ21 的启动子并激活其表达在烟草中对VviAGL6a-YFP进行过表达，发现其定位与细胞核中（图6A）。进一步通过酵母单杂（图6B）和双荧光素酶（图6C）发现VviAGL6a可以直接结合VviJMJ21的启动子并激活它的表达。为了进一步验证转录组数据的准确性，选择了12个差异基因进行荧光定量分析（图7），包括两个2OG基因、四个组蛋白去甲基化酶基因，并随机挑选4个差异基因，结果表明转录组数据可靠。本研究使用2 mmol/L的组蛋白甲基化酶抑制剂MTA处理‘巨峰’葡萄果实，发现葡萄提前成熟。通过对处理前后的葡萄进行转录组分析，探究MTA处理对葡萄果实的影响。通过转录组分析，筛选出差异基因VviJMJ21，转录调控预测网络表明，VviAGL6a靶向调控VviJMJ21。酵母单杂交和双荧光素酶实验证明VviAGL6a通过直接与其启动子结合，直接激活了VviJMJ21的表达。这项研究结果将为进一步探索组蛋白甲基化对葡萄果实早熟的影响，提供了更多的理论基础和分子见解。郭大龙教授为论文的通讯作者，已毕业硕士研究生程一哲为论文第一作者，该项目得到了河南省自然科学基金重点项目（232300421112）和河南省高校科技创新研究团队（项目）（21IRTSTHN021）的资助。第一作者：
程一哲，男，汉族，河南科技大学硕士研究生，北京林业大学在读博士研究生。
通讯作者：
郭大龙，教授，博士生导师，现为河南省特聘教授。《Scientia
Horticulturae 》、《Fruit Research》副主编；
《BMC Plant
Biology》、
《Crop Breeding, Genetics and Genomics》
编委；中原科技创新领军人才，河南省高校科技创新团队带头人，河南省高校科技创新人才，河南省优秀科技特派员，河南省园艺植物品质调控工程技术研究中心主任。
研究方向：
园艺植物分子育种，涉及葡萄、瓜类和牡丹种质
资源收集、评价和鉴定；葡萄、瓜类和牡丹重要农艺性状基因的定位、克隆和功能分析；组学和生物信息学大数据分析；园艺植物优质无公害栽培技术等。
About Scientia HorticulturaeScientia Horticulturae属农林科学Top期刊，由Elsevier出版社出版，发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关（栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文，综述和短讯等。CiteScore：8.6 ,期刊影响因子：3.9。2023年中科院期刊分区，中科院大类：农林科学2区，Top期刊；中科院小类：园艺2区。JCR分区：Q1 （6/115 Horticulture）。
