DNA methylation is a conserved and important epigenetic modification involved in the regulation of numerous biological processes, including plant development, secondary metabolism, and response to stresses. However, no information is available regarding the identification of cytosine-5 DNA methyltransferase (C5-MTase) and DNA demethylase (dMTase) genes in the orchid Dendrobium officinale. In this study, we performed a genome-wide analysis of DoC5-MTase and DodMTase gene families in D. officinale. Integrated analysis of conserved motifs, gene structures and phylogenetic analysis showed that eight DoC5-MTases were divided into four subfamilies (DoCMT, DoDNMT, DoDRM, DoMET) while three DodMTases were divided into two subfamilies (DoDML3, DoROS1). Multiple cis-acting elements, especially stress-responsive and hormone-responsive ones, were found in the promoter region of DoC5-MTase and DodMTase genes. Furthermore, we investigated the expression profiles of DoC5-MTase and DodMTase in 10 different tissues, as well as their transcript abundance under abiotic stresses (cold and drought) and at the seedling stage, in protocorm-like bodies, shoots, and plantlets. Interestingly, most DoC5-MTases were downregulated whereas DodMTases were upregulated by cold stress. At the seedling stage, DoC5-MTase expression decreased as growth proceeded, but DodMTase expression increased. These results provide a basis for elucidating the role of DoC5-MTase and DodMTase in secondary metabolite production and responses to abiotic stresses in D. officinale.

中文翻译：

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铁皮石斛DNA甲基转移酶和脱甲基酶基因家族全基因组鉴定和分析揭示其在多糖积累中的潜在功能

DNA 甲基化是一种保守且重要的表观遗传修饰，涉及许多生物过程的调节，包括植物发育、次生代谢和对胁迫的反应。然而，没有关于鉴定铁皮石斛兰中胞嘧啶 5 DNA 甲基转移酶 (C5-MTase) 和 DNA 去甲基化酶 (dMTase) 基因的信息。在这项研究中，我们对 D. officinale 中的 DoC5-MTase 和 DodMTase 基因家族进行了全基因组分析。保守基序、基因结构和系统发育分析的综合分析表明，8 个 DoC5-MTases 分为 4 个亚家族（DoCMT、DoDNMT、DoDRM、DoMET），而 3 个 DodMTases 分为两个亚家族（DoDML3、DoROS1）。多种顺式作用元件，尤其是应激反应和激素反应元件，在 DoC5-MTase 和 DodMTase 基因的启动子区域中发现。此外，我们研究了 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 10 种不同组织中的表达谱，以及它们在非生物胁迫（寒冷和干旱）和幼苗期、原球茎样体、芽和幼苗中的转录丰度。有趣的是，大多数 DoC5-MTases 被下调，而 DodMTases 被冷应激上调。在幼苗阶段，DoC5-MTase 表达随着生长的进行而降低，但 DodMTase 表达增加。这些结果为阐明 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 D. officinale 次生代谢产物产生和对非生物胁迫响应中的作用提供了基础。我们研究了 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 10 种不同组织中的表达谱，以及它们在非生物胁迫（寒冷和干旱）和幼苗期、类原球茎、芽和小植株中的转录本丰度。有趣的是，大多数 DoC5-MTases 被下调，而 DodMTases 被冷应激上调。在幼苗阶段，DoC5-MTase 表达随着生长的进行而降低，但 DodMTase 表达增加。这些结果为阐明 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 D. officinale 次生代谢产物产生和对非生物胁迫响应中的作用提供了基础。我们研究了 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 10 种不同组织中的表达谱，以及它们在非生物胁迫（寒冷和干旱）和幼苗期、类原球茎、芽和小植株中的转录本丰度。有趣的是，大多数 DoC5-MTases 被下调，而 DodMTases 被冷应激上调。在幼苗阶段，DoC5-MTase 表达随着生长的进行而降低，但 DodMTase 表达增加。这些结果为阐明 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 D. officinale 次生代谢产物产生和对非生物胁迫响应中的作用提供了基础。大多数 DoC5-MTases 被下调，而 DodMTases 被冷应激上调。在幼苗阶段，DoC5-MTase 表达随着生长的进行而降低，但 DodMTase 表达增加。这些结果为阐明 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 D. officinale 次生代谢产物产生和对非生物胁迫响应中的作用提供了基础。大多数 DoC5-MTases 被下调，而 DodMTases 被冷应激上调。在幼苗阶段，DoC5-MTase 表达随着生长的进行而降低，但 DodMTase 表达增加。这些结果为阐明 DoC5-MTase 和 DodMTase 在 D. officinale 次生代谢产物产生和对非生物胁迫响应中的作用提供了基础。