番茄果實采后處理成熟誘導的DNA甲基化和轉錄組綜合分析
番茄果實成熟是一個復雜的生理過程，涉及關鍵基因的去甲基化，改變其轉錄水平，從而觸發一系列生理事件。然而果實采摘后的處理方法，如冷藏、化學處理等，雖然能延長番茄的貨架壽命，但通常可能會降低果實品質，目前尚不清楚這些過程是如何改變的。因此，研究采后處理誘導的番茄果實DNA甲基化和轉錄組變化對果實成熟和品質的影響，以及這些影響與成熟速度和成熟指標（如乙烯、脫落酸和類胡蘿卜素）的相關性，對于改善果實品質具有重要意義。
2024年6月1日，加州大學戴維斯分校植物科學系Diane M. Beckles團隊通過分析果實的轉錄組和甲基化研究了果實成熟激素和生理特性，重點分析采后處理（離藤成熟和低溫儲存）如何影響番茄成熟和品質。相關研究成果以“Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling”為題發表在《Horticulture Research》期刊。
標題：Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling 番茄果實（Solanum lycopersicum L.）采后處理誘導的甲基化組和轉錄組的綜合分析
時間：2024.06.01
期刊：Horticulture Research
影響因子：IF 7.6 / 1區
實驗方法：WGBS、RNA-seq等
本研究全面地將生理事件的變化與動態分子變化關聯起來。研究人員將經過20°C、12.5°C或5°C冷藏（隨后20°C回溫）下暗儲后達到Turning階段（T）成熟果實與新鮮收獲果實（fresh-harvest fruit，FHT）進行了比較。在12.5°C儲藏的果實具有最顯著的表觀遺傳標記和基因表達變化，超過了其他采后冷藏誘導的變化。在12.5°C下，果實的生理年齡和實際年齡相差顯著，因為成熟時間最長。12.5°C下的果實成熟至轉色（Turning）階段并不是躍變期，果實沒有典型的呼吸或乙烯爆發；相反，果實中脫落酸含量較高。采后誘導成熟的果實與新鮮收獲的成熟果實（FHT）的甲基化組和轉錄組存在明顯差異。"FHT"果實中光合作用基因和葉綠素水平的高表達表明光照會影響果實成熟過程中的分子變化。最后，對組學數據的相關性分析，鑒定出可能受DNA甲基化調控的基因。總的來說，這些數據改善了對采后處理如何改變番茄果實成熟模式的理解，并有望幫助提高果實品質。
研究方法
樣本收集：在兩個發育階段（MG和Turning）收集番茄果實樣本。
采后處理：在不同溫度下儲藏果實，如20°C、12.5°C和5°C，并包括5°C儲藏后重新在20°C下回溫處理。在MG收獲的果實（FHM）儲存在黑暗中，并在（i）20°C（20T）儲存后達到‘T’時進行分析；（ii）12.5°C（12.5T），和（iii）5°C持續兩周，然后在20°C下回溫（5T）。對照組為新鮮收獲的成熟果實（FHT）。MG果實在5°C下儲存2周（5M）后也進行分析。
實驗方法：實驗設置3個生物學重復，每個重復由六個隨機選擇的果皮組成，用于全基因組重亞硫酸鹽測序（WGBS）、RNA-seq、類胡蘿卜素和ABA實驗。
研究結果
DNA甲基化：發現12.5°C儲藏的果實在DNA甲基化水平上有最顯著的變化。
基因表達：采后儲藏成熟的果實與在藤上成熟的果實在基因表達上有明顯差異，尤其是與光合作用相關的基因。
生理和分子變化：采后處理的果實在乙烯產生、呼吸率、類胡蘿卜素含量和脫落酸含量等方面表現出特異性生理和分子特征。
光合作用相關基因表達：采后儲藏成熟的果實顯示出與光合作用相關的基因表達降低，可能影響果實的代謝和品質。
研究結論
本研究通過WGBS+RNA-seq的綜合分析，揭示了采后處理對番茄果實的DNA甲基化和轉錄組有顯著影響。研究結果表明12.5°C儲藏條件對果實的甲基化和基因表達模式有特殊影響，導致與其他儲藏條件不同的生理特性。而光合作用相關基因表達在采后果實中降低，可能與果實品質下降有關。本研究結果有助于深入理解采后處理如何改變番茄果實的成熟模式，并為改善果實品質提供信息。
研究亮點
關鍵圖形
（1）采后處理導致果實品質和甲基化變化
圖1：采后處理和果實品質。
A. 采后果實實驗設計
B. 不同采后處理后番茄果實Turning階段照片。
C. 水果品質參數的主成分分析（PCA）
D. 單個水果品質參數，包括色度角（°）、硬度（g）、淀粉含量（mg starch g-1 FW）、還原糖（mg sugar g-1 FW）、可溶性固形物（TSS）（°Bx）和可滴定酸（TA）（meq.100 g-1 FW）。
（2）與光合作用活性一致相關的差異甲基化基因和差異表達基因
圖2：采后番茄果實甲基化組和轉錄組分析。
A. 果實甲基化組的主成分分析。
成對比較中DMG的注釋，使用“FHT”作為對照。‘12.5T’ vs ‘FHT’、‘20T’ vs ’FHT’、‘5T’ vs ‘FHT’。
C. ‘Turning’果實中轉錄組的主成分分析，即‘FHT’、‘20T’、’12.5T’和‘5T’。
D. 成對比較中DEG的Venn圖。
E. 使用DAVID對DEG（采后果實與‘FHT’相比）進行富集分析（調整后P<0.05），它們都來自下調基因。
F–G. 將“12.5T”、“20T”、“5T”與“FHT”比較時，DAVID中下調基因的代表性術語。
（3）水果類胡蘿卜素和ABA含量
圖3：水果類胡蘿卜素和脫落酸（ABA）的代謝和轉錄組分析。
（4）采后果實乙烯量和呼吸速率
（5）果實光合作用相關活性
圖5：采后番茄果實IDA與光合基因表達的關系
圖6：與‘FHT’果實相比，‘12.5T’果實的預測調控模式。
（6）果實成熟與品質通路的相關性分析
表2：參與果實成熟和果實品質通路的基因，其DNA甲基化與基因表達狀態之間存在顯著相關性
參考文獻：
Zhou J, Zhou S, Chen B, Sangsoy K, Luengwilai K, Albornoz K, Beckles DM. Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling. Hortic Res. 2024 Jun;11(6):uhae095. pii: uhae095. doi: 10.1093/hr/uhae095. PubMed PMID: 38840937.
2024年6月1日，加州大學戴維斯分校植物科學系Diane M. Beckles團隊通過分析果實的轉錄組和甲基化研究了果實成熟激素和生理特性，重點分析采后處理（離藤成熟和低溫儲存）如何影響番茄成熟和品質。相關研究成果以“Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling”為題發表在《Horticulture Research》期刊。
標題：Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling 番茄果實（Solanum lycopersicum L.）采后處理誘導的甲基化組和轉錄組的綜合分析
期刊：Horticulture Research
影響因子：IF 7.6 / 1區
實驗方法：WGBS、RNA-seq等
本研究全面地將生理事件的變化與動態分子變化關聯起來。研究人員將經過20°C、12.5°C或5°C冷藏（隨后20°C回溫）下暗儲后達到Turning階段（T）成熟果實與新鮮收獲果實（fresh-harvest fruit，FHT）進行了比較。在12.5°C儲藏的果實具有最顯著的表觀遺傳標記和基因表達變化，超過了其他采后冷藏誘導的變化。在12.5°C下，果實的生理年齡和實際年齡相差顯著，因為成熟時間最長。12.5°C下的果實成熟至轉色（Turning）階段并不是躍變期，果實沒有典型的呼吸或乙烯爆發；相反，果實中脫落酸含量較高。采后誘導成熟的果實與新鮮收獲的成熟果實（FHT）的甲基化組和轉錄組存在明顯差異。"FHT"果實中光合作用基因和葉綠素水平的高表達表明光照會影響果實成熟過程中的分子變化。最后，對組學數據的相關性分析，鑒定出可能受DNA甲基化調控的基因。總的來說，這些數據改善了對采后處理如何改變番茄果實成熟模式的理解，并有望幫助提高果實品質。
研究方法
樣本收集：在兩個發育階段（MG和Turning）收集番茄果實樣本。
采后處理：在不同溫度下儲藏果實，如20°C、12.5°C和5°C，并包括5°C儲藏后重新在20°C下回溫處理。在MG收獲的果實（FHM）儲存在黑暗中，并在（i）20°C（20T）儲存后達到‘T’時進行分析；（ii）12.5°C（12.5T），和（iii）5°C持續兩周，然后在20°C下回溫（5T）。對照組為新鮮收獲的成熟果實（FHT）。MG果實在5°C下儲存2周（5M）后也進行分析。
實驗方法：實驗設置3個生物學重復，每個重復由六個隨機選擇的果皮組成，用于全基因組重亞硫酸鹽測序（WGBS）、RNA-seq、類胡蘿卜素和ABA實驗。
研究結果
DNA甲基化：發現12.5°C儲藏的果實在DNA甲基化水平上有最顯著的變化。
基因表達：采后儲藏成熟的果實與在藤上成熟的果實在基因表達上有明顯差異，尤其是與光合作用相關的基因。
生理和分子變化：采后處理的果實在乙烯產生、呼吸率、類胡蘿卜素含量和脫落酸含量等方面表現出特異性生理和分子特征。
光合作用相關基因表達：采后儲藏成熟的果實顯示出與光合作用相關的基因表達降低，可能影響果實的代謝和品質。
研究結論
本研究通過WGBS+RNA-seq的綜合分析，揭示了采后處理對番茄果實的DNA甲基化和轉錄組有顯著影響。研究結果表明12.5°C儲藏條件對果實的甲基化和基因表達模式有特殊影響，導致與其他儲藏條件不同的生理特性。而光合作用相關基因表達在采后果實中降低，可能與果實品質下降有關。本研究結果有助于深入理解采后處理如何改變番茄果實的成熟模式，并為改善果實品質提供信息。
研究亮點
- 首次將采后處理與番茄果實的DNA甲基化和轉錄組變化聯系起來。
- 揭示了采后溫度處理對果實成熟和品質的復雜影響。
- 鑒定出可能受DNA甲基化調控的基因，為基因組或表觀基因組編輯提供了潛在目標。
- 強調了光合作用在果實成熟過程中的重要性，以及光照在調控果實代謝中的作用。
關鍵圖形
（1）采后處理導致果實品質和甲基化變化
圖1：采后處理和果實品質。
B. 不同采后處理后番茄果實Turning階段照片。
C. 水果品質參數的主成分分析（PCA）
D. 單個水果品質參數，包括色度角（°）、硬度（g）、淀粉含量（mg starch g-1 FW）、還原糖（mg sugar g-1 FW）、可溶性固形物（TSS）（°Bx）和可滴定酸（TA）（meq.100 g-1 FW）。
（2）與光合作用活性一致相關的差異甲基化基因和差異表達基因
圖2：采后番茄果實甲基化組和轉錄組分析。
成對比較中DMG的注釋，使用“FHT”作為對照。‘12.5T’ vs ‘FHT’、‘20T’ vs ’FHT’、‘5T’ vs ‘FHT’。
C. ‘Turning’果實中轉錄組的主成分分析，即‘FHT’、‘20T’、’12.5T’和‘5T’。
D. 成對比較中DEG的Venn圖。
E. 使用DAVID對DEG（采后果實與‘FHT’相比）進行富集分析（調整后P<0.05），它們都來自下調基因。
F–G. 將“12.5T”、“20T”、“5T”與“FHT”比較時，DAVID中下調基因的代表性術語。
（3）水果類胡蘿卜素和ABA含量
圖3：水果類胡蘿卜素和脫落酸（ABA）的代謝和轉錄組分析。
（4）采后果實乙烯量和呼吸速率
圖4：乙烯和二氧化碳的產生與采后果實的基因表達有關
（5）果實光合作用相關活性
圖5：采后番茄果實IDA與光合基因表達的關系
圖6：與‘FHT’果實相比，‘12.5T’果實的預測調控模式。
（6）果實成熟與品質通路的相關性分析
表1：成熟轉錄因子的DNA甲基化與基因表達譜之間具有顯著相關性
參考文獻：
Zhou J, Zhou S, Chen B, Sangsoy K, Luengwilai K, Albornoz K, Beckles DM. Integrative analysis of the methylome and transcriptome of tomato fruit (Solanum lycopersicum L.) induced by postharvest handling. Hortic Res. 2024 Jun;11(6):uhae095. pii: uhae095. doi: 10.1093/hr/uhae095. PubMed PMID: 38840937.
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DNA甲基化
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