Связь между метилóмом ДНК и транскриптóмом РНК при дефиците железа в корнях томата

Томат (Solanum lycopersicum) — важная сельскохозяйственная культура, богатая железом и витаминами. Дефицит железа (Fe), как необходимого микроэлемента, ограничивает рост, развитие и качество плодов томата, а также создает риски для здоровья животных и человека.

В то время как транскрипционные механизмы ответа растений на дефицит Fe изучены хорошо, вклад эпигенетических модуляций, таких как метилирование ДНК, остаётся малоизученным. В данном исследовании сообщается о связи между метилóмом ДНК и транскриптóмом РНК в ответ на кратковременный (12 часов) и долговременный (72 часа) дефицит Fe в корнях томата.

Комбинируя анализ метилóма и генетический подход, авторы показали, что динамическое эпигенетическое метилирование ДНК в CG-контексте в промоторе гена bHLH39 участвует в его транскрипционной регуляции, тем самым влияя на ответные реакции томата на дефицит Fe. Статья опубликована в Horticulture Research.

Ключевые результаты:

• Применение ингибитора ДНК-метилтрансферазы 5-азацитидина (Aza) подавляло индукцию активности корневой FCR, изменения морфологии корней и уровни транскриптов ключевых генов (IRT1;1, FRO1 и bHLH39), что указывает на важность метилирования ДНК.
• Количество гипер-дифференциально метилированных регионов (DMRs) увеличивалось со временем, особенно в CG и CHG-контекстах, что сопровождалось ростом экспрессии генов, индуцированных дефицитом Fe.
• В целом, корреляция между изменениями уровня метилирования и экспрессии генов была слабой. Исключение составили некоторые ключевые гены (bHLH39, bHLH18, Nramp1, OPT3, FRO4), чья экспрессия при долговременном дефиците Fe демонстрировала связь с изменениями метилирования.
• В промоторе bHLH39 наблюдалось больше CG-гиперметилирования, чем гипометилирования, что коррелировало с индукцией экспрессии этого гена при долговременном дефиците Fe.
• В линиях с нокдауном гена MET1 (РНК-интерференция) обнаружилось более низкое CG-метилирование промотора bHLH39, сниженная экспрессия этого гена и более выраженный хлороз по сравнению с диким типом. Это подтвердило положительную взаимосвязь между CG-метилированием промотора и транскрипцией гена.

Выводы

Исследование раскрывает динамику метилирования ДНК и транскриптóма, важную для ответа корней томата на дефицит Fe. Метилирование ДНК в CG-контексте положительно связано с экспрессией генов и опосредует транскрипцию специфических генов, таких как bHLH39. Эти результаты углубляют понимание регуляторных механизмов при дефиците Fe у растений и могут служить теоретической основой для улучшения сельскохозяйственных культур.