Die Fruchtreife ist ein eng koordinierter Prozess, der sowohl von hormonellen als auch von Umweltfaktoren gesteuert wird. Die epigenetischen Mechanismen, die diesen Prozess steuern, sind jedoch noch unklar.
Histonmodifikationen verändern die Chromatinstruktur und Genexpression und sind wichtige Regulatoren der Pflanzenentwicklung. Ihre Rolle bei der Reifung nichtklimakterischer Früchte wie Erdbeeren ist jedoch noch nicht vollständig erforscht.
Um diese Lücken zu schließen, untersucht eine Studie, wie Histonmodifikationen die Fruchtreife auf Chromatinebene beeinflussen. Forscher der Nanjing Agricultural University und der University of Connecticut veröffentlicht ihre Erkenntnisse in Gartenbauforschung am 7. Juni 2024.
Die Studie bietet eine umfassende Chromatin-zentrierte Annotation des Erdbeergenoms und zeigt, wie dynamische Histonmodifikationen während der Fruchtreife Veränderungen der Genexpression bewirken. Die Identifizierung von acht unterschiedlichen Chromatinzuständen, die mit der Transkriptionsaktivität verknüpft sind, bietet tiefere Einblicke in die epigenetische Regulierung der Fruchtentwicklung.
Mithilfe der Chromatin-Immunpräzipitationssequenzierung (ChIP-seq) kartierte das Team sieben Histonmodifikationen in unreifen und reifen Erdbeerfrüchten und deckte eine komplexe Interaktion zwischen aktiven und repressiven Chromatinzuständen auf, die mit der Reifung verbundene Gene regulieren.
Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehört die Entdeckung aktiver Genzustände, die mit Acetylierungsmarkierungen wie H3K9/K14ac und H3K27ac angereichert sind. Diese stehen in Zusammenhang mit Genen, die an der Ansammlung von Anthocyanen, der Fruchterweichung und der Aromaproduktion beteiligt sind. Repressive Zustände, die durch H3K27me3 gekennzeichnet sind, entsprechen stillgelegten Genen während der Reifung.
Diese Erkenntnisse unterstreichen die zentrale Rolle der Histonacetylierung bei der Schaffung einer offenen Chromatinumgebung, die die Genexpression erleichtert und den Reifungsprozess vorantreibt.
„Diese Studie bietet eine neue Perspektive darauf, wie Histonmodifikationen die Fruchtreife auf Chromatinebene steuern“, sagte Professor Yi Li, korrespondierender Autor von der University of Connecticut. „Indem wir diese dynamischen Chromatinänderungen kartieren, können wir die Transkriptionsmechanismen besser verstehen, die wichtige Entwicklungsübergänge bei Früchten steuern, und so Züchtungsstrategien für eine verbesserte Erntequalität entwickeln.“
Die Ergebnisse der Studie haben erhebliche Auswirkungen auf die Landwirtschaft und die Verbesserung der Obstqualität. Das Verständnis der Chromatin-Zustandsdynamik während der Reifung könnte den Weg für gezielte genetische Veränderungen ebnen und die Entwicklung von Erdbeersorten mit optimierten Reifungsprofilen, besserem Geschmack und längerer Haltbarkeit ermöglichen.
Darüber hinaus bildet die Forschung eine Grundlage für die Untersuchung der epigenetischen Regulierung bei anderen nichtklimakterischen Früchten und erweitert so den potenziellen Einfluss auf Bemühungen zur Verbesserung der Ernteerträge.
Weitere Informationen:
Qinwei Pan et al., Dynamische Histonmodifizierungssignaturen koordinieren Entwicklungsprogramme bei der Reifung von Erdbeerfrüchten, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae158