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学术进展

优发手机网页版登录入口:优发手机网页版登录入口林木分子育种团队揭示DNA甲基化变异影响毛白杨旱胁迫抵抗和恢复能力的表观遗传基础

[发布日期:2022-12-04 点击数: ]


DNA甲基化作为基因组中重要的表观遗传修饰,在调节植物发育过程、逆境胁迫响应和维持基因组稳定性等方面发挥着重要作用。研究表明,DNA甲基化在自然界中存在丰富的表观遗传变异,参与植物的环境适应性进化。干旱是影响植物正常生长发育的重要环境因素之一,DNA甲基化可以通过调控与激素合成、代谢物合成等多种途径相关的基因表达响,从而影响植物干旱胁迫响应能力。然而,大多数研究只关注植物在受到干旱胁迫时DNA甲基化的调控模式,对不同生态型林木种质响应旱胁迫和

水过程的表观遗传规律,尤其是关键基因区域DNA甲基化变异与遗传变异对干旱胁迫响应的适应性选择基础与调控机制尚不清楚。



近日,优发手机网页版登录入口林木分子育种团队在Plant,Cell&Environment在线发表了题为“Local diversity of drought resistance and resilience in Populus tomentosa correlates with the variation of DNA methylation的研究论文,揭示了DNA甲基化变异影响杨树旱胁迫抵抗和恢复能力的表观遗传基础。



研究发现,DNA甲基化在杨树干旱和复水过程中发挥重要作用。长期的干旱胁迫后DNA甲基化在基因本体和侧翼区域发生了显著下降,其中CHH甲基化对环境变化更敏感。不同气候区毛白杨种质的DNA甲基化表现出明显的表观遗传变异,而且不同种质间稳定的CG甲基化变异通常不受到环境的影响。联合利用群体遗传和表观遗传系统分析策略,鉴定了参与毛白杨干旱胁迫响应的两个核心基因GATA9LECRK-VIII.2,并系统剖析了其调控气孔宽度和叶绿素含量的遗传与表观遗传基。⒕蛄讼煊Ω珊敌财鹊钠蚯视π蕴卣。在复水阶段,LECRK-VIII.2启动子区域甲基化水平降低从而提高了基因的表达水平,使杨树叶片叶绿素含量快速恢复。气候区适应性选择研究发现,在低纬度南部群体中,LECRK-VIII.2低甲基化的关键表观遗传位点和关键遗传位点显著互作,使南部生态型个体拥有比北部生态型更高的叶绿素含量。在高纬度的北部群体,GATA9启动子区域的低甲基化表观遗传变异使北部生态型个体的气孔形态比南部生态型个体的更狭小。因此,研究表明来自于低纬度南部的毛白杨种质叶片气孔更宽、叶绿素含量更高,有利于植物进行光合作用;而在北部群体中,狭小的气孔形态使其更能适应当地干旱缺水的气候环境。

利用毛白杨F1家系群体,发现子代中DNA甲基化的遗传模式取决于亲本DNA甲基化水平。高甲基化水平位点的甲基化状态更容易在子代中得以保留,而中等和低甲基化水平的遗传更取决于父本的甲基化水平。例如,GATA9基因区域内主效的低甲基化表观遗传位点稳定遗传自父本,且在毛白杨天然分布区受到了地理适应性选择。



本研究阐明了DNA甲基化对不同生态型毛白杨种质旱胁迫抵抗力和恢复力的遗传调控模式,系统揭示了干旱胁迫响应的遗传和表观遗传联合分子基。帜臼视π越谋砉垡糯√峁┝死砺壑С,推动了林木抗旱种质遗传改良的研究进程。

北京林业大学林木分子育种团队博士生周嘉旋和博士后肖亮为论文共同第一作者,杜庆章教授和张德强教授为本文通讯作者。研究工作受到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、浙江省重点研发计划、霍英东教育基金会及“111”引智基地等项目的联合支持。




作者:林木分子育种团队

责任编辑:张亚坤

审核:杜庆章



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