项目文章The Plant Journal | 中国农科院团队揭示棉花耐盐新机制：GhDMT7通过调控DNA甲基化增强抗逆性

面对全球气候变化与耕地资源紧张的严峻挑战，盐碱地治理与可持续利用已成为保障国家粮食与纤维安全的重大战略需求。研究表明，盐胁迫下淀粉水解增强，促进蔗糖与脱落酸（ABA）等信号分子积累，协同维持渗透平衡与细胞稳态，增强植物的耐盐性。

近日，中国农业科学院研究团队在The Plant Journal发表题为“GhDMT7-mediated DNA methylation dynamics enhance starch and sucrose metabolism pathways to confer salt tolerance in cotton”的论文。作者团队发现甲基转移酶基因GhDMT7通过调控DNA甲基化动态变化，直接增强淀粉和蔗糖代谢途径活性，从而显著提升盐碱地作物--棉花的耐盐性。

发表单位：中国农业科学院棉花研究所

发表期刊：The Plant Journal

影响因子：5.8

发表时间：2025年7月25日

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70364

南京维百瑞检测为其提供脱落酸（ABA）含量测定

全基因组甲基化测序（WGBS）分析结果表明，盐胁迫下诱导耐盐棉花品种 “中9807” 全基因组胞嘧啶甲基化（mC）水平发生显著重编程，其中CG和CHG序列甲基化水平下降，而CHH序列则上升。进一步分析显示，盐胁迫显著影响基因上游、外显子及CGI（CpG岛）等功能区域的甲基化分布。

图1：盐胁迫下棉花全基因组DNA甲基化图谱

盐处理组和对照组的DMRs分析显示，基因转录区域内的DNA序列内共鉴定出4938个DMRs，DMR 的差异甲基化模式跨染色体分布，且 CHH 序列背景下以高甲基化趋势为主。

图2：不同处理组间基因组的甲基化差异图谱

GO富集显示：CG序列DMR基因关联蛋白质代谢等；CHG序列关联细胞内过程及刺激响应；CHH序列与细胞增殖等相关。

KEGG分析表明：CG序列基因参与代谢通路等；CHG序列关联氨基酸代谢；CHH序列富集于植物-病原体互作等。

图3：CG序列DMR相关基因的GO与KEGG富集分析

盐处理组和对照组分别有3186和3342个表达基因，盐胁迫下鉴定出9642个DEGs。GO富集涉及碳水化合物代谢等通路，KEGG分析显示DEGs参与代谢、信号转导等途径。

图4：棉花细胞对盐胁迫反应的转录组分析

CG序列低甲基化与基因表达水平呈显著正相关，高甲基化则普遍抑制表达 IGV工具对GhDMT7等关键基因的可视化及相关性分析验证了此规律：CG低甲基化促进基因激活，高甲基化抑制表达。这些结果揭示了CG甲基化通过淀粉/蔗糖代谢与激素信号转导调控棉花盐胁迫响应的表观遗传机制。

图5：DNA甲基化调控棉花盐胁迫下基因表达和淀粉积累

分析棉花16个GhDMTs基因在盐胁迫下的表达水平，发现GhDMT3、6、7、10、11、13和15等基因在盐胁迫6小时后表达显著上调，而且qPCR与RNA-seq数据高度一致。GhDMT4、5、8、12和14基因在盐胁迫24小时内表达水平持续较低，甚至无表达。

图6：16个GhDMTs成员在不同时期盐胁迫下的相对表达

盐胁迫下，携带pYES2-GhDMT7质粒的酵母菌株生长受抑程度高于空载体对照，第5天尤为明显。表达GhDMT7基因的菌株细胞内Na⁺积累显著高于对照。

图7：GhDMT7在酵母细胞中的功能分析

作者比较拟南芥GhDMT7功能丧失突变体（dmt7）与过表达系（OE），阐明其盐胁迫响应的双向调控作用。GhDMT7表达水平精确调控盐耐受性，是盐胁迫信号网络的关键节点。

图8：GhDMT7调控拟南芥盐胁迫反应的分子机制

作者通过烟草LCI实验证实GhDMT7与GhVIM28存在互作。棉花利用病毒诱导基因（VIGS）下调GhDMT7表达可显著缓解盐胁迫下叶片萎蔫与脱落，过表达GhDMT7则使全基因组DNA甲基化水平降低，表明GhDMT7参与DNA甲基化调控。

DMR分析鉴定出17个与淀粉和蔗糖代谢等通路相关的关键基因。盐胁迫下，GhDMT7通过降低这些基因的甲基化水平从而促进其表达，调节淀粉与蔗糖含量，增强渗透调节与氧化胁迫响应能力，通过表观遗传及抗氧化酶调节增强植物盐耐受性。

图9：GhDMT7可提升棉花耐盐性并诱导DNA低甲基化

作者在实现GhDMT7介导的全基因组低甲基化后，采用RT-qPCR分析淀粉与蔗糖代谢及植物激素信号通路中低甲基化基因的表达水平。结果显示，盐胁迫诱导的低甲基化显著改变基因表达模式：淀粉与蔗糖代谢通路中，GH_D03G1814、GH_A03G1301等基因表达显著上调，且低甲基化呈通路特异性调控，多数代谢基因被激活，但GH_A09G0109等基因受抑制，这提示碳分配过程存在反馈调控。植物激素通路中，低甲基化优先影响生长素和茉莉酸相关基因。

这些结果揭示盐胁迫下表观遗传调控具有功能类别特异性，低甲基化对基因表达有激活与抑制双重作用，凸显代谢通路与激素信号调控的复杂性。

图10：低甲基化对棉花代谢及激素通路基因表达的影响

图11：GhDMT7基因通过表观遗传修饰增强棉花耐盐性示意图

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