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科研进展

昆明植物所在DNA甲基化调控竹笋快速生长研究方面取得新进展

文章来源:中国西南野生生物种质资源库  |  发布时间:2022-08-04  |  作者:牛亮仲  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  竹类植物作为一种特殊的禾草,其笋期的快速生长这一特殊性状备受关注,但以往的研究主要集中在细胞微观结构、转录组、代谢组、蛋白质组、小RNA以及新基因等方面。DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰,主要参与转座子沉默和基因的表达调控,在植物生长发育中发挥着重要的调控作用。然而,目前尚不清楚DNA甲基化是否影响竹笋的快速生长。 

  中国科学院昆明植物研究所李德铢与郭振华攻关团队,依托国家重大科技基础设施“中国西南野生生物种质资源库”,以热带木本竹类分支代表竹种芸香竹(Bonia amplexicaulis)为研究对象,在前期基因组测序研究的基础上,开展了DNA甲基化在竹笋快速生长过程中潜在功能的研究。通过野外观察和对组织样品的解剖学研究,将笋期生长分为5个阶段(ST1ST5)。ST1为生长潜伏期,ST2-ST4为茎秆快速生长的三个阶段,即快速生长的早期、中期和后期,ST5为生长平台期。据此对芸香竹进行了全基因组DNA甲基化测序和转录组测序,获得了其笋期各发育时期的全基因组DNA甲基化谱与基因表达谱。研究发现:(1)芸香竹茎秆快速生长期(ST2-ST4)的CGCHG甲基化水平显著低于潜伏期(ST1)和平台期(ST5),这可能是DNA去甲基化酶ROS1DML3高表达造成的;(2DNA甲基化水平的变化主要发生在基因体区域和基因上下游区域,在ST1和茎秆快速生长阶段(ST2-ST4)之间鉴定出23647个差异甲基化区域(DMRs)。这些DMRs中主要是CGCHG类型,主要位于基因间区和外显子区;(3)结合转录组分析发现,DMR相关基因富集于生长素和JA信号转导等与植物生长密切相关的通路;(4CHH甲基化与茎秆的快速生长无关,而是通过在TE区域逐渐积累与茎秆的发育时间密切相关,这种CHH甲基化的逐渐积累与RNA介导的DNA甲基化途径相关基因高表达相关,并鉴定到大约100000个随着发育时间甲基化水平逐渐增加的TEs。该研究揭示了DNA甲基化在调节竹笋快速生长中的重要性,并表明DNA甲基化与木本竹的发育时间或年龄有关,为解析竹类植物笋期快速生长的生物学机制提供了新的视角。 

  研究成果以Single?base methylome analysis reveals dynamic changes of genome?wide DNA methylation associated with rapid stem growth of woody bamboos为题近日在国际植物学领域期刊Planta在线发表。中国科学院昆明植物研究所牛亮仲博士研究生为论文第一作者,李德铢研究员和郭振华研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学院B类先导科技专项(XDB31000000)、云南省科技领军人才计划(2017HA014)、国家自然科学基金(31970355)和中国科学院青年创新促进会(Y201972)项目的支持。 

  文章链接 

 

 1 芸香竹笋期生长不同阶段解剖观察及取样策略。 a 芸香竹的节间生长曲线。b6节间的采样策略。c ST1-ST5组织的横切面和纵切面。 

 

 2 芸香竹基因组DNA甲基化图谱。 a 芸香竹基因组中长度前12scaffoldsCGCHGCHH甲基化谱及TE和基因的密度。从外环到内环表示不同发育阶段(ST1-ST5)。b ST1-ST5CGCHGCHH序列的平均甲基化水平。c ST1-ST5CGCHG  CHH序列的相对比例。 

(责任编辑:李雪)

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