南方科技大学郎曌博团队揭示DNA甲基化读取蛋白SlMBD5调控番茄种子萌发新机制

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Cell子刊：南方科技大学郎曌博团队揭示DNA甲基化读取蛋白SlMBD5调控番茄种子萌发新机制
8 A& b' b% b* x- |来源：iNature 2026-05-10 16:05
9 o0 a& a* {" ]4 n该研究首次揭示了DNA甲基化读取蛋白SlMBD5调控番茄种子萌发的全新分子机制，为作物种子活力调控与分子育种提供了重要的理论基础。( V2 ^1 `& y' Z) p' q
近日，南方科技大学前沿生物技术研究院及医学院郎曌博教授团队在国际知名期刊Cell Reports 在线发表了题为“The tomato Methyl-CpG-binding domain SlMBD5 Promotes Seed Germination by Repressing the Gibberellin Catabolism Gene SlGA2ox4”的研究论文。该研究首次揭示了DNA甲基化读取蛋白SlMBD5调控番茄种子萌发的全新分子机制，为作物种子活力调控与分子育种提供了重要的理论基础。; j' j- g9 e  t  Z) j$ u4 D% g! l

; H4 p8 ~$ A5 `; ^5 c7 y4 K种子萌发是种子植物生命周期中至关重要的发育转折，直接决定了作物的出苗整齐度、苗期长势乃至最终产量，这一过程受到内源激素与环境信号的协同精准调控。其中，赤霉素（GA）作为促进萌发的核心激素，其内源稳态的维持是萌发能否正常启动的关键。GA2-氧化酶（GA2ox）通过降解活性赤霉素，是调控GA稳态的核心因子，但DNA甲基化等表观遗传修饰如何参与这一调控过程，长期以来仍不清楚。! Z. F) L' N  _2 @" e
MBD（Methyl-CpG-binding domain）家族蛋白是DNA甲基化的关键读取因子，能够特异性识别甲基化的DNA序列，并招募下游的染色质调控因子，从而实现对基因表达的表观遗传调控。在模式植物拟南芥中，SlMBD5的同源蛋白AtMBD5与AtMBD6的功能缺失并未导致明显的发育表型，这使得该类蛋白的生理功能长期存在疑问，其在作物中的功能更是鲜有报道。本研究则首次在番茄中揭示了该蛋白在种子萌发过程中的关键调控作用，填补了这一研究领域的空白。( o- R7 S% l- G6 z
为了探究番茄中SlMBD5的生理功能，研究团队利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，研究团队构建了slmbd5基因的功能缺失突变体。萌发实验结果显示，与野生型相比，slmbd5突变体的种子萌发速率显著降低，表现出明显的萌发延迟表型，这首次证实了SlMBD5是番茄种子萌发的关键正调控因子。接下来，研究团队深入解析了SlMBD5调控GA稳态的分子机制。他们发现，赤霉素分解代谢基因SlGA2ox4在slmbd5突变体中显著上调，而该基因的启动子区域存在高甲基化的CpG位点，恰好是SlMBD5的潜在结合靶点。生化实验证实，SlMBD5 能够通过识别这些甲基化位点，直接结合到SlGA2ox4的启动子上，抑制该基因的转录。
4 w2 L! q0 w1 N' o! m进一步的机制研究发现，SlMBD5并非单独发挥作用，它能够与组蛋白甲基化读取蛋白SlEBS发生相互作用，形成功能复合物。SlEBS作为组蛋白修饰的调控因子，能够进一步加强对SlGA2ox4的转录抑制，从而共同抑制该基因的表达，解除其对活性赤霉素的降解作用，维持种子中足够的活性GA水平。
& X4 }5 ]! f5 j' T8 b% Y8 P该研究填补了DNA甲基化调控种子萌发的机制空白，为园艺作物种子萌发性状的遗传改良提供了全新靶点与理论支撑。) p/ Q* j2 F2 E; j

. j6 K5 Y6 f' r  {  b图 SlMBD5-SlEBS 模块调控番茄种子萌发的机制模型
) |- A2 [7 W* x0 v3 K( l7 H南方科技大学博士生张世洋、上海交通大学助理研究员刘瑞娥、南方科技大学博士后曾智锋为本论文的共同第一作者。南方科技大学郎曌博教授为本文的通讯作者。上海交通大学张才喜教授，南方科技大学朱健康院士参与了该研究，该研究得到了国家自然科学基金、广东省面上项目等资金的大力支持。
; r* l/ J6 Y- G" Q9 {' P( Y5 ~论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124726004201
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