美麗花兒背后的甲基化差異

2016年09月18日訊 大家都知道，生物多樣性是在多個(gè)水平建立的。過(guò)去，人們主要關(guān)注遺傳變異的貢獻(xiàn)。然而，表觀遺傳變異，如DNA甲基化和組蛋白修飾，也對(duì)生物多樣性有所貢獻(xiàn)。為此，美國(guó)和尼日利亞的研究人員近日鑒定了開(kāi)花植物的DNA甲基化圖譜，揭示出這些表觀遺傳標(biāo)記與植物進(jìn)化歷史之間的關(guān)系。

在這項(xiàng)發(fā)表于《Genome Biology》的研究中，研究人員利用全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序來(lái)評(píng)估34種被子植物的胞嘧啶甲基化模式。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)植物甲基化背景的差異，以及基因體的甲基化程度差異。

這篇文章的通訊作者、喬治亞大學(xué)遺傳學(xué)系的Robert Schmitz及其同事寫(xiě)道：“這項(xiàng)研究表明，開(kāi)花植物之間存在廣泛的DNA甲基化差異。過(guò)去和現(xiàn)在的研究說(shuō)明，關(guān)于這種分子性狀的變化原因，仍然有許多值得研究的。”

在植物中，胞嘧啶甲基化通常發(fā)生在三種序列背景：CG、CHG和CHH（H = A、T或C），并通過(guò)不同的機(jī)制來(lái)控制。CG上的甲基化mCG是由甲基轉(zhuǎn)移酶1維持的，而CHG上的甲基化mCHG是由植物特異的染色質(zhì)甲基化酶3（CMT3）維持的。CHH位點(diǎn)的甲基化則需要CMT家族的另一個(gè)成員CMT2。DNA甲基化的影響高度取決于物種和特定背景。

為了更深入地探索胞嘧啶DNA甲基化，研究人員對(duì)26種開(kāi)花植物的葉組織開(kāi)展MethylC測(cè)序，其中它們的基因組序列草圖已經(jīng)繪制好。隨后，研究人員又分析了另外8種被子植物的甲基化組。之所以選擇全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序（WGBS），是因?yàn)樗軌驇?lái)單核苷酸分辨率的DNA甲基化圖譜。

對(duì)于十字花科植物，它包括模式生物擬南芥及甘藍(lán)，研究人員發(fā)現(xiàn)基因體上CG甲基化水平低于平常，且特定序列背景的胞嘧啶甲基化也下降，如鳥(niǎo)嘌呤、胸腺嘧啶或腺嘌呤分隔開(kāi)的CHG胞嘧啶。研究人員推測(cè)，CMT3通路在十字花科基因組中不太高效，或者它采用一種細(xì)胞特異的方式。

另一方面，對(duì)于禾本科開(kāi)花植物，它包含谷類(lèi)作物及其他草類(lèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)異染色質(zhì)CHH甲基化的缺乏或減少，但CHH甲基化集中在基因區(qū)域上。每個(gè)位點(diǎn)的CHH甲基化水平不同，如二穗短柄草的水平最低，而水稻的水平則與擬南芥相當(dāng)。這些結(jié)果表明，不同的DNA甲基化通路可能在不同譜系中占優(yōu)勢(shì)。

這項(xiàng)研究表明，開(kāi)花植物之間存在廣泛的DNA甲基化差異?！盁o(wú)論是DNA甲基化的水平，還是DNA甲基化的分布，各個(gè)物種之間都存在廣泛的差異，”Schmitz及其同事在文中寫(xiě)道。

此外，許多物種的甲基化組也是首次被報(bào)道。過(guò)去，人們對(duì)植物甲基化的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自擬南芥。然而，如今的研究說(shuō)明，關(guān)于這種分子性狀的變化原因，仍然有許多值得研究的。這些知識(shí)有助于更全面了解DNA甲基化在生物多樣性中的作用。

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