生命科学与医药学院梁宗锁、杨东风教授团队 The Plant Journal 发文揭示DNA甲基化修饰调控丹参酮合成机制

近日，浙江理工大学生命科学与医药学院教师梁宗锁、杨东风教授团队，联合浙江大学周明教授在国际经典植物学学术期刊《The Plant Journal》上发表题为“DNA methylation controls the expression of tanshinone synthesis genes and the tanshinone accumulation in Salvia miltiorrhiza and Salvia bowleyana”的研究论文。该研究通过多组学联合分析结合实验验证，不仅揭示了DNA甲基化在丹参酮生物合成中的精细调控机制，也为通过表观遗传育种手段提高丹参药材品质、培育高丹参酮品种提供了重要的理论依据和基因靶点。生命科学与医药学院在读博士研究生刘力维为论文第一作者，浙江理工大学杨东风教授、梁宗锁教授、崔祺博士、浙江大学周明教授为论文共同通讯作者。这是该团队在首次探究丹参全基因组DNA甲基化模式（Plant Physiology, 2024）后取得的又一重要进展。

研究详情：

团队研究发现，丹参中丹参酮含量显著高于南丹参，尤其是丹参酮Ⅰ和丹参酮ⅡA的含量分别为南丹参的2.55倍和5.07倍。通过全基因组甲基化测序（WGBS）和转录组分析，研究团队发现丹参整体DNA甲基化水平高于南丹参，尤其是在CHG和CHH序列背景下。这一差异与甲基转移酶基因（如 DRM1、DDM1、CMT1、CMT3）的高表达以及去甲基化酶基因 ROS1 的低表达密切相关。进一步分析表明，丹参酮合成通路中的关键基因（如DXS1、GGPPS2、HDR2、CPS3）在其启动子或基因体区域的甲基化水平与基因表达呈显著相关性。启动子低甲基化或基因体高甲基化可能促进这些基因的高表达，从而促进丹参酮的合成与积累。

为验证这一机制，研究团队在丹参毛状根中过表达了SmCMT3基因，结果显示丹参酮类成分（隐丹参酮、丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA）的含量显著下降，同时多个丹参酮合成关键基因（如 SmMK、SmCPS1、SmDXS2、SmAACT1）的表达水平下调，其启动子或基因体区域的甲基化水平也发生相应变化。