嫁接的过程 徐强供图
枳结果状 徐强供图
“橘生淮南则为橘，橘生淮北则为枳”，实际上是由于以枳作为砧木的柑橘嫁接苗在移植到气候寒冷的淮北地区后，不耐寒的柑橘接穗被冻死，而耐寒的枳砧能再次萌发出新的枝梢。枳是芸香科枳属小乔木，因其具有抗寒、抗旱以及与大多数栽培柑橘品种嫁接亲和性好等特征，在柑橘产业中作为重要的砧木而被广泛应用。然而，枳砧和接穗之间相互作用的分子机理尚不明确。
近日，Horticulture Research在线发表了华中农业大学园艺林学学院教授徐强课题组的研究论文。
本研究结合PacBio测序与遗传图谱，组装了高质量的枳基因组，通过枳与栽培柑橘之间的比较基因组学分析以及转录组比较，发现了枳特有的与抗寒相关的基因，解释了枳相对于栽培柑橘具有更强的抗寒性的原因。
为了研究枳作砧木对接穗的影响，作者利用枳（Pt表示）作砧木嫁接甜橙（SWO表示）接穗的组合(SWO/Pt)，同时使用甜橙本砧嫁接(SWO/SWO)作为对照，通过重亚硫酸盐测序分析了接穗全基因组单碱基DNA甲基化图谱。结果表明，与SWO/SWO相比，SWO/Pt中接穗的DNA甲基化水平明显降低。DNA甲基化差异基因KEGG富集分析发现，其主要富集在类黄酮代谢、植物-病原菌互作等通路。基因表达分析发现植物-病原菌互作相关的基因在SWO/Pt中上调表达。这些结果表明枳作砧木导致的接穗去甲基化可能激活了接穗抗性基因的表达，使其具有更强的适应性。
作者进一步发现枳做砧木的组合，接穗24-nt 的小RNA的丰度发生了显著下降，而接穗中与24-nt sRNA合成相关的酶则没有显著变化，这可能是因为枳作为砧木时，24nt-sRNA从根到向茎的运输受到了阻碍，而本砧嫁接时这种运输则没有受到阻碍。为了验证这个猜测，作者在两组嫁接组合的嫁接口下方进行了环割实验，发现在环割后，SWO/SWO接穗24-nt sRNA的丰度显著降低，而SWO/Pt接穗24-nt sRNA的丰度没有显著变化。由以上结果可推测，枳作为砧木时，由根到茎的24-nt sRNA运输受到阻碍，导致接穗中24-nt sRNA的丰度降低，从而降低了由24-nt sRNA介导的DNA甲基化。DNA甲基化的降低激活了抗性基因的表达，增强了接穗的适应性。
综上所述，本研究组装了高质量的柑橘砧木基因组，为今后砧木遗传改良研究提供了重要的基础。通过对不同嫁接组合的多组学分析揭示了嫁接传递的DNA甲基化修饰可能是砧木和接穗互相影响的一种机制。
华中农业大学园艺林学学院博士生黄跃和博士后徐远涛为该论文的共同第一作者，徐强为论文的通讯作者。（来源：中国科学报 张晴丹）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41438-021-00505-2
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