ROS1 promotes low temperature-induced anthocyanin accumulation in apple by demethylating the promoter of anthocyanin-associated genes

第一作者：Lujia Yu

第一单位：北京农学院

第一通讯：Yuncong Yao

 Abstarct 

背景回顾：Low temperature can affect the growth and development of plants through changes in DNA demethylation patterns. Another known effect of low temperature is the accumulation of anthocyanin pigments. 

低温会通过改变DNA去甲基化模式来影响植物的生长和发育。低温对于植物的另外一个影响就是花色苷色素的积累。

提出问题：However, it is not known whether the two phenomena are linked, specifically, whether DNA demethylation participates in anthocyanin accumulation in response to low-temperature stress. 

但是，植物在低温响应下的DNA去甲基化是否参与花色苷积累，这一问题尚不清楚。

研究对象：The ROS1 gene is involved in plant DNA demethylation and influences methylation levels in response to low temperature stress. 

ROS1基因参与了植物中的DNA去甲基化，影响植物响应低温时的甲基化水平。

结果1-低温下的MdROS1表达与花色苷：In this study, using RNA sequencing, we detected that the transcription levels of MdROS1 correlate with the anthocyanin content, as well as with those of anthocyanin biosynthesis-related genes in apple (Malus domestica), at low temperatures. 

本文中，作者通过RNA-seq发现，苹果在低温条件下的MdROS1基因表达水平与花色苷含量相关联，同时也与花色苷生物合成通路上相关基因的表达量相关联。

结果2-花色苷基因启动子低温下的甲基化水平：Genomic bisulfite sequencing showed that the methylation levels of the promoters of the anthocyanin related genes MdCHS, MdCHI, MdF3’H, MdANS, MdUFGT, and MdMYB10 decreased in apple leaves after low-temperature treatment. Similar expression and methylation results were also found in apple fruit. 

DNA甲基化测序结果显示，花色苷相关基因MdCHS、MdCHI、MdF3’H、MdANS、MdUFGT以及MdMYB10启动子上的甲基化水平在低温处理后的叶片中有所降低。类似的基因表达与甲基化水平模式在苹果的果实中也同样存在。

结果3-MdROS1沉默与过表达：Transiently silencing MdROS1 in the leaves and fruit of apple cultivars inhibited the accumulation of anthocyanins and led to decreased expression of anthocyanin biosynthetic genes, and the opposite results were detected in MdROS1-overexpressing leaves and fruit. 

通过在苹果叶片和果实中瞬时沉默MdROS1基因，能够抑制花色苷的积累，导致花色苷相关基因表达水平的降低，并且MdROS1基因过表达的表型与之完全相反。

结果4-MdROS1结合启动子试验：A promoter binding assay showed that the conserved RRD-DME domains of MdROS1 directly bind to the promoters of MdF3’H and MdUFGT. 

启动子结合试验显示，MdROS1的RRD-DME结构域能够直接结合到MdF3’H和MdUFGT基因启动子上。

结论：Taken together, these results suggest that ROS1 affects the anthocyanin biosynthetic pathway by decreasing the methylation level of anthocyanin-related gene promoters, thereby increasing their expression and increasing anthocyanin accumulation.

综上，本文的研究结果揭示了苹果ROS1能够在响应低温时，通过降低花色苷相关基因启动子的甲基化水平，从而增强这些基因的表达水平，影响花色苷生物合成通路，最终增加苹果在低温条件下的花色苷积累。

p.s. 

anthocyanin（花色苷）：是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物；

anthocyanidin（花色素）：是花色苷的显色团，植物中主要包括了红紫色的cyanidin（矢车菊色素），蓝红色或紫色的delphinidin（飞燕草色素），红色的pelargonidin（天竺葵色素），紫红色的peonidin（芍药色素），紫色的malvidin（锦葵色素），深红色或紫色的petunidin（牵牛花色素）等。

** 姚允聪 **

doi: https://doi.org/10.1093/hr/uhac007

Journal: Horticulture Research​

 Published date: February 11, 2022