Transcriptional and epigenetic dynamics underlying semigamy and haploid induction in Gossypium barbadense

生物 表观遗传学 转录组 DNA甲基化 表观遗传学 染色质 遗传学 倍性 母子转换 细胞生物学 突变体 合子 基因 转录因子 基因表达调控 表观基因组 差异甲基化区 甲基化 组蛋白 基因表达谱 配子 基因表达 计算生物学 转录调控 细胞周期 双受精 深度测序 融合基因
作者
T. Z. Li,Chenlei Wang,Jingwen Pan,Yong Li,Jinbo Yao,Wei Chen,Zhipeng Yu,Yongshan Zhang,Shouhong Zhu
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:250 (1): 385-403 被引量:2
标识
DOI:10.1111/nph.70943
摘要

Semigamy is a rare fertilization anomaly in plants that enables haploid induction (HI), a valuable strategy for accelerating crop breeding; however, its molecular basis remains largely unexplored. We investigated transcriptional and epigenetic mechanisms underlying semigamy mutant VSg in island cotton (Gossypium barbadense), which exhibits a high haploid induction rate during double fertilization. We combined cytological observations with time-resolved transcriptome profiling and whole-genome bisulfite sequencing across key fertilization stages. This integrative approach captured dynamic molecular changes associated with gamete nuclear fusion and early zygotic development. Compared with the wild-type, which displayed rapid polar nuclei fusion and normal free nuclear endosperm formation, the semigamy mutant showed delayed polar nuclei fusion and impaired sperm-egg nuclear fusion. Transcriptomic analyses identified differentially expressed genes enriched in membrane fusion processes, while epigenomic profiling revealed dynamic DNA methylation changes in genes encoding transmembrane proteins, cyclins, and kinesins, suggesting disrupted regulation of membrane dynamics and cell cycle progression. These results indicate that coordinated transcriptional and epigenetic regulation of nuclear fusion and cell cycle pathways underlie semigamy-induced developmental arrest and haploid induction. The study provides mechanistic insights into fertilization biology and highlights semigamy as a promising system for improving haploid breeding strategies in crops.
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