园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (12): 3167-3179.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-1034
陈梦如, 吴庆安, 何思佳, 蔡祥斌, 马巧利, 辜青青, 魏清江*(
)
收稿日期:2025-02-17
修回日期:2025-10-13
出版日期:2025-12-25
发布日期:2025-12-20
通讯作者:
基金资助:
CHEN Mengru, WU Qing’an, HE Sijia, CAI Xiangbin, MA Qiaoli, GU Qingqing, WEI Qingjiang*(
)
Received:2025-02-17
Revised:2025-10-13
Published:2025-12-25
Online:2025-12-20
摘要:
为了解甲基化修饰酶基因在柑橘基因组中的特性,在全基因组水平对枳甲基化转移酶和去甲基化酶基因进行了鉴定与分析。结果表明枳基因组中存在11个DNA甲基转移酶基因和3个去甲基化酶基因。这些基因编码蛋白的氨基酸数在665 ~ 1 962 aa之间,均属于亲水蛋白,其中13个成员定位在细胞核中。此外,PtrDME、PtrROS1、PtrDML3、PtrCMT2和PtrMET1-6中发生了3个片段重复事件,与拟南芥和水稻中同源基因都存在共线性关系。进一步分析表明,枳DNA甲基化修饰酶基因启动子区域含有较多的光响应和激素响应元件,且PtrMET1在蛋白互作网络中是核心蛋白。分析发现,PtrMET1-2和PtrCMT1在叶、根、成熟胚珠和幼嫩胚珠中的表达水平较高,PtrCMT2和PtrCMT3在成熟胚珠和幼嫩胚珠中较高。DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷处理可降低枳叶片整体DNA甲基化水平,并上调甲基化修饰酶基因的表达水平,但降低了PtrDRM在茎中的表达。
陈梦如, 吴庆安, 何思佳, 蔡祥斌, 马巧利, 辜青青, 魏清江. 枳DNA甲基化修饰酶基因的鉴定与表达特征[J]. 园艺学报, 2025, 52(12): 3167-3179.
CHEN Mengru, WU Qing’an, HE Sijia, CAI Xiangbin, MA Qiaoli, GU Qingqing, WEI Qingjiang. Genomic-Wide Identification and Expression Analysis of the DNA Methylation-Modifying Enzyme Genes in Poncirus trifoliata[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(12): 3167-3179.
| 基因 Gene | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer |
|---|---|---|
| PtrActin | CATCCCTCAGCACCTTCC | CCAACCTTAGCACTTCTCC |
| Pt5g021700 | AGGTTGT·GGTGGCTTATCTGATGG | TTCTCCTGCTGGTTGCTCATACTC |
| Pt7g014310 | TGATACCTTGGTGCCTGCCTAATAC | TGCCTTCCCAATCAAGCCTTCC |
| PtUn014750 | AGATTTAATACCCTGGTGCTTACC | AAAGTTTCCTTCCCAGTCCAA |
| PtUn014790 | TTATTTCCGCCCCAGGTTT | CTCAGGTGATGCTGCCCAT |
| PtUn014840 | CTTCTGCGAACATTTATACGATCC | TCCTGCTGGTTGCTCATACTCT |
| PtUn030910 | TGCCGCCTCACATCAAGA | CCATCAGATAAGCCACCACAA |
| Pt2g001260 | AAGTAAAGAAGCAGAAGCGAAGA | TCCCATCAACTGCCTCAAAC |
| Pt5g018630 | AGACGGTTCCTACAACAGCTACTTC | CGAGGCATAATCCAGTTGACATTCC |
| Pt5g023400 | AGCGAAGAAGAAGAAGAGGAGGAAG | TTCGGATCACCATAGCAGACAGC |
| Pt9g000560 | GTTGTCAGTCTTCAGCGGAATTGG | CCCACCACCTCTTGAGAATCCTTC |
| Pt1g006140 | GACATAGACCAGGAAGGCAAGGAG | ATGACAATCACCGCAAACACGAAG |
| Pt6g006730 | TGCGACTTCTAACACTCCACCATC | GCACCCAGCCGAGTCTTACAG |
| Pt8g006600 | GACTGTTGCCAGAACTGAGTATTGC | TGATCGCCTGTGCCTGTCTTG |
| Pt4g018910 | ACAACCGATGCTAGTGCGAGAC | TCTCTGCCTGCTCACCAATTACTTC |
表1 qRT-PCR引物序列
Table 1 The sequences of qRT-PCR primers
| 基因 Gene | 正向引物序列(5′-3′) Forward primer | 反向引物序列(5′-3′) Reverse primer |
|---|---|---|
| PtrActin | CATCCCTCAGCACCTTCC | CCAACCTTAGCACTTCTCC |
| Pt5g021700 | AGGTTGT·GGTGGCTTATCTGATGG | TTCTCCTGCTGGTTGCTCATACTC |
| Pt7g014310 | TGATACCTTGGTGCCTGCCTAATAC | TGCCTTCCCAATCAAGCCTTCC |
| PtUn014750 | AGATTTAATACCCTGGTGCTTACC | AAAGTTTCCTTCCCAGTCCAA |
| PtUn014790 | TTATTTCCGCCCCAGGTTT | CTCAGGTGATGCTGCCCAT |
| PtUn014840 | CTTCTGCGAACATTTATACGATCC | TCCTGCTGGTTGCTCATACTCT |
| PtUn030910 | TGCCGCCTCACATCAAGA | CCATCAGATAAGCCACCACAA |
| Pt2g001260 | AAGTAAAGAAGCAGAAGCGAAGA | TCCCATCAACTGCCTCAAAC |
| Pt5g018630 | AGACGGTTCCTACAACAGCTACTTC | CGAGGCATAATCCAGTTGACATTCC |
| Pt5g023400 | AGCGAAGAAGAAGAAGAGGAGGAAG | TTCGGATCACCATAGCAGACAGC |
| Pt9g000560 | GTTGTCAGTCTTCAGCGGAATTGG | CCCACCACCTCTTGAGAATCCTTC |
| Pt1g006140 | GACATAGACCAGGAAGGCAAGGAG | ATGACAATCACCGCAAACACGAAG |
| Pt6g006730 | TGCGACTTCTAACACTCCACCATC | GCACCCAGCCGAGTCTTACAG |
| Pt8g006600 | GACTGTTGCCAGAACTGAGTATTGC | TGATCGCCTGTGCCTGTCTTG |
| Pt4g018910 | ACAACCGATGCTAGTGCGAGAC | TCTCTGCCTGCTCACCAATTACTTC |
| 基因名称 Gene name | 基因号 Gene ID | 编码序列长度/bp CDS Length | 氨基酸数 No. of amino acids | 分子量/D Molecular weight | 等电点 pI | 脂溶性指数 Aliphatic index | 不稳定系数 Instability index (II) | 亲水性 Gravy | 亚细胞定位 Subcellular localization |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PtrMET1-1 | Pt5g021700.1 | 5 247 | 1 748 | 196 887.65 | 6.18 | 78.07 | 40.18 | -0.439 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-2 | Pt7g014310.1 | 4 677 | 1 558 | 175 472.98 | 5.85 | 74.85 | 43.70 | -0.502 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-3 | PtUn014750.1 | 2 829 | 942 | 105 994.39 | 6.27 | 77.09 | 35.16 | -0.433 | 细胞质 Cytosol |
| PtrMET1-4 | PtUn014790.1 | 4 488 | 1 495 | 168 753.73 | 6.27 | 77.00 | 42.11 | -0.469 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-5 | PtUn014840.1 | 4 305 | 434 | 161 602.75 | 5.84 | 77.97 | 37.77 | -0.392 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-6 | PtUn030910.1 | 5 088 | 1 695 | 190 981.84 | 6.21 | 77.70 | 41.75 | -0.434 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT1 | Pt2g001260.2 | 2 616 | 871 | 99 098.07 | 5.06 | 77.07 | 45.44 | -0.569 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT2 | Pt5g018630.1 | 1 998 | 665 | 75 200.79 | 8.04 | 77.05 | 43.81 | -0.437 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT3 | Pt5g023400.1 | 2 493 | 830 | 93 924.59 | 5.60 | 78.57 | 42.02 | -0.484 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDRM | Pt9g000560.2 | 2 094 | 697 | 78 513.03 | 5.26 | 75.35 | 50.29 | -0.546 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDNMT2 | Pt1g006140.1 | 3 543 | 1 180 | 132 606.24 | 5.80 | 70.49 | 39.30 | -0.580 | 细胞核 Nucleus |
| PtrROS1 | Pt6g006730.1 | 5 889 | 1 962 | 218 463.80 | 6.91 | 68.59 | 48.65 | -0.733 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDML3 | Pt8g006600.1 | 5 250 | 1 749 | 196 115.50 | 8.25 | 73.01 | 54.29 | -0.689 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDME | Pt4g018910.1 | 5 874 | 1 957 | 219 765.43 | 6.49 | 66.69 | 55.85 | -0.763 | 细胞核 Nucleus |
表2 枳DNA甲基化修饰酶蛋白理化性质
Table 2 Physicochemical properties of DNA methylation-modifying enzyme genes in Poncirus trifoliata
| 基因名称 Gene name | 基因号 Gene ID | 编码序列长度/bp CDS Length | 氨基酸数 No. of amino acids | 分子量/D Molecular weight | 等电点 pI | 脂溶性指数 Aliphatic index | 不稳定系数 Instability index (II) | 亲水性 Gravy | 亚细胞定位 Subcellular localization |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PtrMET1-1 | Pt5g021700.1 | 5 247 | 1 748 | 196 887.65 | 6.18 | 78.07 | 40.18 | -0.439 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-2 | Pt7g014310.1 | 4 677 | 1 558 | 175 472.98 | 5.85 | 74.85 | 43.70 | -0.502 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-3 | PtUn014750.1 | 2 829 | 942 | 105 994.39 | 6.27 | 77.09 | 35.16 | -0.433 | 细胞质 Cytosol |
| PtrMET1-4 | PtUn014790.1 | 4 488 | 1 495 | 168 753.73 | 6.27 | 77.00 | 42.11 | -0.469 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-5 | PtUn014840.1 | 4 305 | 434 | 161 602.75 | 5.84 | 77.97 | 37.77 | -0.392 | 细胞核 Nucleus |
| PtrMET1-6 | PtUn030910.1 | 5 088 | 1 695 | 190 981.84 | 6.21 | 77.70 | 41.75 | -0.434 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT1 | Pt2g001260.2 | 2 616 | 871 | 99 098.07 | 5.06 | 77.07 | 45.44 | -0.569 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT2 | Pt5g018630.1 | 1 998 | 665 | 75 200.79 | 8.04 | 77.05 | 43.81 | -0.437 | 细胞核 Nucleus |
| PtrCMT3 | Pt5g023400.1 | 2 493 | 830 | 93 924.59 | 5.60 | 78.57 | 42.02 | -0.484 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDRM | Pt9g000560.2 | 2 094 | 697 | 78 513.03 | 5.26 | 75.35 | 50.29 | -0.546 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDNMT2 | Pt1g006140.1 | 3 543 | 1 180 | 132 606.24 | 5.80 | 70.49 | 39.30 | -0.580 | 细胞核 Nucleus |
| PtrROS1 | Pt6g006730.1 | 5 889 | 1 962 | 218 463.80 | 6.91 | 68.59 | 48.65 | -0.733 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDML3 | Pt8g006600.1 | 5 250 | 1 749 | 196 115.50 | 8.25 | 73.01 | 54.29 | -0.689 | 细胞核 Nucleus |
| PtrDME | Pt4g018910.1 | 5 874 | 1 957 | 219 765.43 | 6.49 | 66.69 | 55.85 | -0.763 | 细胞核 Nucleus |
图1 DNA甲基化修饰酶基因进化、染色体定位和共线性分析 A:枳(Poncirus trifoliata,Ptr)、拟南芥(Arabidopsis thaliana,At)、水稻(Oryza sativa,Os)DNA甲基化修饰酶基因蛋白统进化分析;B:枳DNA甲基化修饰酶基因染色体定位和物种内的共线性分析;C:枳、拟南芥、水稻DNA甲基化修饰酶基因共线性分析
Fig. 1 Phylogenetic analysis,chromosome localization,and syntenic analysis of DNA methylation-modifying enzyme genes A:Phylogenetic analysis of DNA methylation-modifying enzyme genes from Poncirus trifoliata(Ptr),Arabidopsis thaliana(At),and Oryza sativa(Os);B:Chromosome localization and syntenic analysis of DNA methylation-modifying enzyme genes in Poncirus trifoliata;C:Syntenic analysis of DNA methylation-modifying enzyme genes from Poncirus trifoliata,Arabidopsis thaliana,and Oryza sativa
图3 枳DNA甲基化修饰酶基因启动子顺式作用元件种类(A)、数量(B)和蛋白互作分析(C)
Fig. 3 The type(A)and number(B)of cis-acting elements in the promoter region,and protein interaction network(C)of DNA methylation-modifying enzyme genes in Poncirus trifoliata
图4 枳DNA甲基化修饰酶基因组织特异性表达 数据显示值为log2FPKM
Fig. 4 Expression heatmap of DNA methylation-modifying enzyme genes in different tissues of Poncirus trifoliata The data in the heatmap shows the log2FPKM value
图5 5-azaC处理后枳叶片DNA甲基化水平 平均值差异采用t检测,*代表处理和对照之间差异显著(P < 0.05)
Fig. 5 DNA methylation level in leaf of Poncirus trifoliata after 5-azaC treatment Differences between the means were evaluated using Student’s t-test,and the * indicates significant difference between the control and 5-azaC treatment(P < 0.05)
图6 5-azaC处理后枳根、茎、叶中DNA甲基化修饰酶基因的表达 平均值差异采用t检测,*,**和***分别代表在P < 0.05,P < 0.01和P < 0.001水平差异显著
Fig. 6 Expression of DNA methylation-modifying enzyme genes in root,stem,and leaf of Poncirus trifoliata after 5-azaC treatment Differences between the means were evaluated using Student’s t-test,and the *,**,and *** indicate significant difference between the CK and 5-azaC treatment at P < 0.05,P < 0.01,and P < 0.001,respectively
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