传统的植物抗逆研究多聚焦基因表达，而引入表观遗传研究可弥补部分短板，接下来，我们介绍一篇近期植物领域加入表观遗传研究的典型案例。

下图为本篇案例的技术路线，可作为植物抗逆研究中加入表观遗传技术应用的参考思路：使用多种组学手段，结合差异分析、overlap 分析与功能富集等常见分析，挖掘基因表达的表观遗传调控机制，揭示抗逆的多层次调控网络。

研究背景

番茄作为全球重要经济作物，其生长常受灰霉菌引发的灰霉病威胁，该病害易侵染果实造成采后大量损失。β- 氨基丁酸（BABA）作为广谱诱抗物质，能诱导植物抵抗多种病原菌，且已有研究表明不同发育阶段处理效果存在差异。同时，植物防御启动的持久性与表观遗传变化相关，这些变化会导致基因表达改变，例如拟南芥叶片异染色质含量随生长阶段大幅增加并影响转录活性，但番茄防御启动的持久表观遗传特性机制仍不明确。因此，作者开展多种组学分析，旨在确定与番茄中持久的 BABA 诱导抗性相关的标志物，以找到控制果实采后灰霉菌感染的有效策略。

题目：Developmentally regulated generation of a systemic signal for long-lasting defence priming in tomato

期刊：New Phytologist（IF 8.1）

发表时间：2024.11

样本类型

以番茄品种 Micro Tom 为研究对象，包含 2 周龄和 12 周龄经 BABA 处理及水处理的植株，涉及不同发育阶段的叶片、果实组织，以及嫁接实验中的各类组合样本，且部分样本经灰霉菌感染处理。

研究概要

通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）分析 DNA 甲基化、RNA-seq分析基因表达、sRNA-seq分析小 RNA 变化，结合嫁接实验和灰霉菌感染测试等技术手段，揭示了植物年龄对 BABA 诱导的持久抗性至关重要，仅 2 周龄番茄幼苗经 BABA 处理（BABA2）能产生针对灰霉菌的持久采后抗性及可遗传抗性，12 周龄处理（BABA12）则不明显；BABA2 处理的抗性与特定组织和时间点的基因表达启动相关，且伴随 DNA 甲基化动态变化（尤其 CHH 环境），幼苗期较低的 CHH 甲基化水平可能与其表观遗传可塑性相关；持久抗性可通过嫁接传递给未处理接穗，即抗性接穗中存在保守的差异表达 24nt 小 RNA 簇，其相关基因在果实感染时表达增强，可能参与持久抗性的维持，最终确定了与番茄持久 BABA 诱导抗性相关的标志物。

研究意义

明确了抗性由发育依赖的表观遗传修饰启动、小 RNA 介导维持机制，指导园艺行业者在栽培早期阶段应用启动和抗性表型标记，从而降低相关商业成本。

研究思路

关键结果

1、短期与长期BABA诱导的基因表达

通过RNA-seq技术，对灰霉菌感染后的叶片（T1，短期）和果实（T3，长期）组织进行转录组分析，共鉴定出 598 个 “BABA2 T1 启动” 基因和 971 个 “BABA2 T3 启动” 基因。与短期相比，幼苗期 BABA 处理在长期影响更多的基因。通过比较这两组启动基因的组成，只有 25 个是共有的，表明启动表达的时间和组织类型是转录组启动谱的主要驱动因素。

2、BABA诱导的DNA甲基化变化是动态的，并且随着时间的推移而增加

为了探索表观遗传机制是否参与长期启动，作者通过DNA 甲基化分析发现，在 2 周龄或 12 周龄进行 BABA 处理后，DNA 甲基化的整体水平变化不大。但 DMR 分析揭示了短期和长期启动响应之间的明显差异，具体来说，作者观察到早期处理的植株表现出独特的 CHH 高 DMRs 模式，并且在初始启动处理后几个月 DMRs 的数量更多，BABA2 果实的 CHH DMRs 数量几乎是 BABA12 的两倍。这些观察结果可能与诱导抗性直接相关，因为 CHH 甲基化已被描述在对刺激和胁迫的响应中发挥相关作用，并已被认为是标记持久启动的维持和表达的表观遗传修饰。此外，叶片组织中的 CHH 甲基化水平在 10 周内从 7.3% 翻倍至13.5%，表明番茄发育中这种表观遗传标记的高度动态特征。

3、持久抗性通过嫁接连接处从 BABA 启动的砧木传递到接穗

该团队进一步结合嫁接和 BABA 土壤浇灌处理实验发现，持久抗性可通过嫁接连接处传递给未处理的未启动接穗，同时在 BABA12 植株中未观察到长期抗性，因此排除了启动状态是由于 BABA 残基转运到果实组织并在其中积累的可能。

已有研究表明24 nt 小 RNA 会导致受体接穗组织中的表观遗传变化，且RdDM 通路经常与对生物胁迫的防御以及持久启动的表达和维持相关。因此，作者进一步猜想小 RNA 是可移动的，且能够通过嫁接连接处传递性状。因此，他们对嫁接植株的叶片组织进行了小 RNA 测序，从抗性植株（BG 和 HG）中鉴定出保守的差异表达 24 nt 小 RNA 簇，与上调簇相关的 135 个基因在抗性 BABA2 植株的果实感染期间显示出明显的表达增强模式，然而，在 BABA12 或水处理植株中没有观察到这些簇相关基因的表达增强。最后，研究团队在这些小 RNA 簇和启动功能相关的基因中进行功能通路富集，寻找到了一系列标志物。

参考文献：

Stevens, Katie et al. “Developmentally regulated generation of a systemic signal for long-lasting defence priming in tomato.” The New phytologist vol. 245,3 (2025): 1145-1157. doi:10.1111/nph.20288

温馨提示：若您关注植物抗逆领域的研究，可联系当地业务经理获取原文。此外，若您对 DNA 甲基修饰有研究意向或任何疑问，欢迎随时联系我们。我们提供 WGBS、ONT 甲基化及其他表观修饰的测序及分析服务，可结合您的课题特点，为您量身设计专业研究方案。