引言

果实发育与成熟是一个多阶段、精细调控的生物学过程，涉及细胞扩张、代谢重构及品质形成等复杂生理活动。按照呼吸作用与乙烯合成的特征，肉质果实通常分为呼吸跃变型和非呼吸跃变型两类，前者通过乙烯信号的骤升启动成熟进程，后者则主要受脱落酸（ABA）等激素调控。在果实成熟过程中，激素信号、代谢调控与基因表达交织形成动态网络，

传统研究多聚焦于遗传与转录因子层面的调控，而近年来，表观遗传修饰在果实发育与成熟中的作用受到广泛关注。DNA甲基化是植物中最常见的表观遗传修饰之一，通过在CG、CHG（H=A/T/C）和CHH三类序列背景中添加甲基基团，调节染色质结构及转录因子结合活性，从而影响基因表达水平。研究表明，DNA甲基化不仅参与成熟相关基因的激活或抑制，还通过与激素信号互作调控果实发育节律。

随着高通量测序技术的发展，特别是全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）的应用，DNA甲基化在果实发育各阶段的动态变化得到了系统揭示。在多种果实中，甲基化水平呈现时空差异，并与关键成熟基因的转录激活紧密相关。此外，DNA甲基化与m⁶A RNA修饰、组蛋白修饰及非编码RNA协同作用，形成复杂的表观调控网络，共同维持果实发育与成熟过程中的基因表达稳态。

本文综合现有研究成果，系统综述DNA甲基化在果实发育与成熟中的特征与调控机制，以期为深入理解果实成熟的表观遗传基础及其生物学意义提供理论依据。

1 DNA甲基化的调控网络

果实发育中DNA甲基化的动态平衡，由甲基转移酶与去甲基化酶共同维持，不同酶家族在特定序列context中发挥特异性功能。

1.1甲基转移酶：甲基化的建立与维持

植物DNA甲基转移酶主要分为三类，功能保守但表达模式存在物种差异。

1. MET1负责维持CG位点甲基化，番茄（Solanum lycopersicum）SIMT1表达从绿熟期到红熟期下降45%，导致RIN启动子CG位点去甲基化，激活其表达；番茄SlMET1-RNAi植株果实成熟延迟14天，证实其在发育中的保守作用。辣椒（Capsicum annuum）CaMET1-like1的沉默可导致果实早熟，表明其对成熟的抑制作用。

1.1.2 CMT家族

CMT3依赖组蛋白H3K9me2标记维持CHG位点甲基化，番茄、草莓成熟中CMT3表达下调，与CHG位点去甲基化同步发生，番茄SlCMT3-RNAi植株中，类胡萝卜素合成基因PSY1表达提升3.2倍；番茄Cnr突变体中，SlCMT3的高表达是LeSPL-CNR启动子CHG甲基化维持的关键。CMT2参与CHH位点从头甲基化，甜橙（Citrus sinensis）CsDRM2表达升高推动CHH甲基化积累，葡萄（Vitisvinifera）VvCMT1、VvCMT2a/b在果实发育中呈特异性表达，参与CHH位点甲基化调控。

1.1.3 DRM家族

DRM2通过RdDM通路介导CHH位点从头甲基化，柑橘成熟中CsDRM2表达上调与CHH甲基化升高相关；草莓（Fragaria vesca）FvDRM2沉默后，CHH位点甲基化减少35%，果实早熟7天，表明DRM2对成熟进程的抑制作用。葡萄VvDRM1、VvDRM2在果实发育中表达下调，与CHH甲基化动态变化相关；桃（Prunus persica）PpDRM1、PpDRM的表达与基因组CHH甲基化水平呈正相关，调控温度依赖的花青素积累；番茄SlDRM2在低温胁迫下表达上调，通过RdDM通路促进SlCOR413基因启动子CHH位点甲基化，增强果实耐寒性。

1.2 去甲基化酶：主动去甲基化的进行

DNA主动去甲基化由DME家族酶催化，通过碱基切除修复（BER）途径去除甲基化胞嘧啶，包括DME、ROS1及DME-like（DML）蛋白，其活性受铁硫簇组装通路调控。番茄SlDML2是成熟相关的关键去甲基化酶，成熟过程中其表达量提升5.8倍，直接靶向RIN、PSY1的启动子区域，通过去甲基化激活基因表达，SlDML2突变体果实呈黄绿色且无法软化。此外，SlDML2的功能还受m⁶A修饰调控：m⁶A去甲基化酶SlALKBH2通过去除SlDML2 mRNA的m⁶A修饰，提高其稳定性，SlALKBH2突变体中SlDML2 mRNA半衰期缩短40%，果实成熟延迟10天。

苹果（Malus domestica）MdROS1通过去甲基化花青素合成关键转录因子MdMYB10的启动子，促进其表达，MdROS1过表达植株中花青素含量提升2.1倍；辣椒CaDML2-like在转色期表达峰值，其表达受ABA诱导，参与成熟相关基因的去甲基化调控；桃PpDML3的表达与基因组去甲基化呈负相关，在16℃条件下表达上调，推动花青素合成基因启动子去甲基化。

2 果实发育成熟中DNA甲基化的动态变化

不同类型果实在发育过程中，DNA甲基化水平与模式呈现显著差异，这种差异直接关联其成熟特性。

2.1 呼吸跃变型果实：去甲基化主导的成熟激活

呼吸跃变型果实成熟以关键基因启动子去甲基化为核心特征，且依赖主动去甲基化机制。番茄作为典型代表，成熟过程中全基因组5-甲基胞嘧啶（5mC）水平下降1.8%，形成13106个低甲基化差异区域（hypo-DMRs），其中去甲基化酶SlDML2靶向RIN（MADS-box转录因子基因）、类胡萝卜素合成基因PSY1的启动子，使CG位点甲基化降低50%~65%，直接激活乙烯合成通路（SlACS4、SlACO1）及类胡萝卜素积累，SlDML2突变体果实持续保持黄绿色，成熟进程阻滞21天。番茄Cnr突变体中，SlCMT3的高表达维持LeSPL-CNR启动子286-bp区域的CHG超甲基化（85%），阻断RIN结合，而沉默SlCMT3可使该区域甲基化降低，果实恢复成熟表型。

梨（Pyrus ussuriensis）DNA甲基转移酶基因PuCMT3、PuMET表达下调，导致乙烯合成基因PuACS1、细胞壁降解基因PuPG1启动子去甲基化，PuACS1转录水平提升3.8倍，果实软化速率加快1.5倍；且梨驯化过程中，PpCAMTA2基因启动子-158bp位点CG甲基化水平＞25%的株系，成熟期较甲基化＜10%的株系提前12±2天（相关系数r=-0.93），该甲基化标记已成为早熟梨育种的重要指标。

2.2 非呼吸跃变型果实：甲基化模式的多样性

非呼吸跃变型果实成熟不依赖乙烯爆发，其DNA甲基化变化呈现物种特异性，部分表现为被动去甲基化，部分则为局部高甲基化。草莓（Fragaria vesca）成熟依赖RdDM通路下调导致的被动去甲基化：RdDM通路关键基因DRM类DNA甲基转移酶FvDRM2和siRNA结合蛋白FvAGO4表达下调72%~65%，24-nt siRNA在成熟相关基因（如FaMYB10、FaUFGT）启动子区域的富集量下降，CHH位点甲基化减少35%，解除基因沉默，花青苷合成量提升200%；此外，光信号可通过蓝光受体FaCRY1磷酸化激活去甲基化酶FaDML1，进一步加速果实着色。

甜橙成熟则呈现全局甲基化升高特征，总5mC水平从13%升至14.5%，且CHH位点贡献最大，这一变化与DNA去甲基化酶基因CsDMEs、CsDMLs表达下调相关。高甲基化通过双重调控推动成熟：一方面抑制光合基因Cab1，启动子甲基化升高50%，减少叶绿素合成；另一方面激活ABA响应基因NCED3启动子去甲基化，ABA含量增加，促进糖分积累与果实脱绿。

葡萄（Vitis vinifera cv. ‘Fujiminori’）果实发育中，转色期（65 DAF）的mC、mCG、mCHG及mCHH甲基化水平显著高于绿果期（40 Day After Flower）和成熟期（90 DAF），其中CHH位点甲基化贡献最大，且非编码RNA（ncRNA）区域的甲基化水平显著高于外显子、基因区及mRNA区域。成熟过程中，F3'H、NCED1等基因启动子发生特异性去甲基化，DNA甲基转移酶抑制剂5-氮杂胞苷（5-AzaC）处理可使成熟提前7天，而差异甲基化区域（DMRs）主要富集于代谢过程、细胞过程及催化活性相关基因。

辣椒（Capsicum annuum）作为非呼吸跃变型果实，成熟过程中CaDML2-like表达上调、CaMET1-like1/2、CaCMT2-like等甲基转移酶表达下调，导致PSY1、CaNCED1等成熟相关基因启动子去甲基化。沉默CaMET1-like1可诱导DNA hypomethylation，使可溶性固形物含量增加、类胡萝卜素积累，同时激活ABA合成基因、抑制生长素信号基因表达。外源ABA处理可诱导CaDML2-like表达、抑制CaCMT4-like，而IAA处理则促进CaMET1-like1和CaCMT3-like表达，表明激素与DNA甲基化存在交互调控。

DNA甲基化抑制剂5-AzaC处理可诱导白肉桃果肉变红，进一步证实DNA去甲基化对花青素合成的促进作用。

3 DNA甲基化与其他调控途径的协同作用

DNA甲基化并非独立发挥功能，而是与激素信号、转录因子及m⁶A修饰形成复杂调控网络，共同推动果实发育成熟。

3.1 与激素信号的互作

乙烯信号：乙烯作为呼吸跃变型果实成熟的关键激素，其通路基因的甲基化状态直接影响成熟启动。番茄中，SlDML2通过去甲基化乙烯合成基因SlACS4、乙烯响应因子SIERF2的启动子，激活乙烯合成与信号传导，SlDML2过表达植株乙烯释放量提升3.2倍；而slein2突变体中，SlEIN2与SlALKBH2互作，促进SlDML2 mRNA的m⁶A修饰，导致SlDML2表达下调40%，乙烯合成减少。苹果中，乙烯响应因子MdEIL1可招募MdROS1至靶基因启动子，通过去甲基化协同激活乙烯通路基因。

ABA信号：ABA在非呼吸跃变型果实成熟中起主导作用，其代谢基因的甲基化动态是调控核心。草莓成熟中，ABA合成基因NCED1的启动子甲基化水平下降35%，表达上调2.8倍；FvAGO4-RNAi植株中，该区域24-nt siRNA减少40%，甲基化进一步降低25%，ABA含量提升2.1倍。甜橙成熟时，ABA受体基因PYL2的启动子去甲基化30%，表达激活；同时DNA去甲基化酶CsDML表达下调，导致ABA降解基因CYP707A甲基化升高40%，抑制其表达，共同维持ABA含量稳定。辣椒中，内源ABA随成熟进程升高，而DNA去甲基化可激活CaNCED1表达，外源ABA处理则通过调控CaDML2-like和CaCMT4-like的表达影响DNA甲基化模式。

生长素信号：梨成熟过程中，生长素响应基因GH3的启动子去甲基化25%，促进生长素与氨基酸结合，游离生长素水平降低50%，为成熟启动创造条件。辣椒在果实发育时，内源IAA随成熟进程下降，DNA甲基化水平降低可抑制生长素合成与信号基因CaIAA8/9、CaAUX22的表达，而外源IAA处理可促进CaMET1-like1和CaCMT3-like表达，维持基因甲基化抑制成熟。

3.2 与转录因子的协同调控

成熟相关转录因子不仅直接结合靶基因启动子，还可与DNA甲基化系统相互作用，调整甲基化模式。番茄MADS-box转录因子RIN是成熟的核心调控因子，其结合位点多位于低甲基化区域（甲基化水平＜10%），且RIN可招募SlDML2至靶基因启动子，促进去甲基化；RIN突变体中，成熟基因启动子甲基化升高30%~50%，SlDML2过表达可恢复60%的成熟表型。

NAC家族转录因子同样参与甲基化调控，番茄SlNAC4通过结合SlDML2的启动子，激活其表达，SlNAC4过表达植株中SlDML2转录水平提升3.5倍，果实成熟提前7天；苹果MdNAC1与MdROS1直接互作，增强其去甲基化活性，促进MdMYB10表达及花青素积累。草莓FvWRKY44通过抑制CHG甲基转移酶FvCMT3表达，降低CHG位点甲基化，FvWRKY44过表达植株中CHG甲基化降低25%，果实早熟5天，揭示WRKY转录因子对甲基化酶的调控作用。桃中PpbHLH3与PpMYB10、PpWD40形成MBW复合体，其启动子去甲基化可激活表达，推动花青素合成。

4 DNA甲基化在果实品质形成中的功能

4.1 果实色泽形成

DNA甲基化通过调控色素合成基因的表达，影响果实色泽。番茄成熟中，SlDML2介导PSY1启动子去甲基化，PSY1表达上调4.2倍，番茄红素积累增加；SlDML2突变体中该区域保持高甲基化（CG位点甲基化＞80%），果实呈黄色。苹果MdMYB10启动子甲基化水平与花青素含量呈显著负相关：红色品种（如KID）MdMYB10启动子MR3、MR7区域甲基化水平（5.7%~8.2%）仅为黄色品种（如BLO）的1/3，成熟中进一步降低，花青素积累提升2.3倍。

巴特利红梨（Max red bartlett）的绿皮突变体中，PcMYB10启动子2604~2911bp和1218~1649bp区域存在高甲基化，抑制PcMYB10及下游PcUFGT的表达，导致花青素积累减少，而通过VIGS诱导该区域甲基化可重现绿皮表型。

桃果实存储于16℃时，PpPAL1/2、PpF3H、PpDFR1/3等花青素合成相关基因的启动子甲基化降低，基因表达上调，花青素积累增加；而12℃及以下温度则无此现象。DNA甲基化抑制剂5-AzaC处理可诱导白肉桃果肉变红，进一步证实DNA去甲基化对花青素合成的促进作用。巴特利红梨的绿皮突变体中，PcMYB10启动子高甲基化抑制其表达，导致下游花青素合成关键酶PcUFGT表达下调，花青素积累减少。葡萄果实中，花青素合成相关基因（如VvUFGT）的启动子甲基化在转色期降低，基因表达激活，而CHH位点甲基化差异是调控其表达的关键。

4.2 果实质地调控

果实质地软化与细胞壁降解基因的甲基化变化密切相关。番茄成熟时，多聚半乳糖醛酸酶基因（SlPG）的启动子去甲基化，表达上调5.1倍，导致细胞壁结构松弛；CHG甲基转移酶SlCMT3的过表达可提高该区域CHG位点甲基化（＞30%），抑制SlPG表达，延缓果实软化。梨成熟中，扩张蛋白基因PuEXP1的启动子去甲基化，表达激活，促进细胞壁松弛；经过5-AzaC处理可进一步增强PuEXP1表达（提升2.3倍），加速果实软化。

辣椒成熟中，CaPG、CaEXPA1等细胞壁降解基因的启动子去甲基化，表达上调，而沉默CaMET1-like1可促进这些基因的表达，加速果实软化。葡萄果实发育中，细胞壁代谢相关基因的甲基化动态变化与果实质地改变相关，转色期的DMRs富集于细胞壁降解相关通路。

5研究局限与展望

当前DNA甲基化在果实发育中的研究已取得显著进展，但仍存在诸多局限：一是组织特异性调控机制不明，如番茄胎座中SlCMT4高表达阻遏SlDML2去甲基化，胎座与果肉的SlCMT4表达差异达27倍，其分子机制仍需解析；二是多表观修饰的协同作用尚未量化，如草莓FaMYB10位点H3K27me3与DNA甲基化的协同抑制效应，缺乏明确的权重分析；三是单细胞水平的甲基化异质性研究不足，果实果肉由不同细胞亚群组成，混合组织分析难以反映细胞特异性调控；四是不同物种间甲基化调控机制的保守性与特异性仍需系统比较，如呼吸跃变型与非呼吸跃变型果实的甲基化调控通路差异。

未来研究可围绕以下方向突破：一是开发“CRISPR/dCas9-表观修饰酶”融合系统，实现果实成熟关键基因（如SlDML2、MdMYB10、PcMYB10）甲基化状态的精准调控，例如dCas9-SlDML2靶向编辑番茄Cnr突变体的SlySPL-CNR启动子，可使成熟恢复率达92%；二是深入解析DNA甲基化与m⁶A修饰、激素信号的协同调控网络，明确三者在果实成熟中的互作机制；三是探索表观遗传变异的遗传稳定性，评估甲基化标记如梨的PpCAMTA2在多代育种中的传递效率，为果实早熟、优质品种培育提供新策略；四是拓展甲基化研究在更多果实物种中的应用，如蓝莓、猕猴桃、板栗和柑橘类水果等，完善果实甲基化调控的物种多样性认知。

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