美丽花儿背后的甲基化差异
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大家都知道，生物多样性是在多个水平建立的。过去，人们主要关注遗传变异的贡献。然而，表观遗传变异，如DNA甲基化和组蛋白修饰，也对生物多样性有所贡献。为此，美国和尼日利亚的研究人员近日鉴定了开花植物的DNA甲基化图谱，揭示出这些表观遗传标记与植物进化历史之间的关系。
大家都知道，生物多样性是在多个水平建立的。过去，人们主要关注遗传变异的贡献。然而，表观遗传变异，如DNA甲基化和组蛋白修饰，也对生物多样性有所贡献。为此，美国和尼日利亚的研究人员近日鉴定了开花植物的DNA甲基化图谱，揭示出这些表观遗传标记与植物进化历史之间的关系。
在这项发表于《Genome Biology》的研究中，研究人员利用全基因组亚硫酸氢盐测序来评估34种被子植物的胞嘧啶甲基化模式。通过这些数据，他们发现了开发植物甲基化背景的差异，以及基因体的甲基化程度差异。
这篇文章的通讯作者、乔治亚大学遗传学系的Robert Schmitz及其同事写道：“这项研究表明，开花植物之间存在广泛的DNA甲基化差异。过去和现在的研究说明，关于这种分子性状的变化原因，仍然有许多值得研究的。”
在植物中，胞嘧啶甲基化通常发生在三种序列背景：CG、CHG和CHH（H = A、T或C），并通过不同的机制来控制。CG上的甲基化mCG是由甲基转移酶1维持的，而CHG上的甲基化mCHG是由植物特异的染色质甲基化酶3（CMT3）维持的。CHH位点的甲基化则需要CMT家族的另一个成员CMT2。DNA甲基化的影响高度取决于物种和特定背景。
为了更深入地探索胞嘧啶DNA甲基化，研究人员对26种开花植物的叶组织开展MethylC测序，其中它们的基因组序列草图已经绘制好。随后，研究人员又分析了另外8种被子植物的甲基化组。之所以选择全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS），是因为它能够带来单核苷酸分辨率的DNA甲基化图谱。
对于十字花科植物，它包括模式生物拟南芥及甘蓝，研究人员发现基因体上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，如鸟嘌呤、胸腺嘧啶或腺嘌呤分隔开的CHG胞嘧啶。研究人员推测，CMT3通路在十字花科基因组中不太高效，或者它采用一种细胞特异的方式。
另一方面，对于禾本科开花植物，它包含谷类作物及其他草类，研究人员发现异染色质CHH甲基化的缺乏或减少，但CHH甲基化集中在基因区域上。每个位点的CHH甲基化水平不同，如二穗短柄草的水平最低，而水稻的水平则与拟南芥相当。这些结果表明，不同的DNA甲基化通路可能在不同谱系中占优势。
这项研究表明，开花植物之间存在广泛的DNA甲基化差异。“无论是DNA甲基化的水平，还是DNA甲基化的分布，各个物种之间都存在广泛的差异，”Schmitz及其同事在文中写道。
此外，许多物种的甲基化组也是首次被报道。过去，人们对植物甲基化的认识主要来自拟南芥。然而，如今的研究说明，关于这种分子性状的变化原因，仍然有许多值得研究的。这些知识有助于更全面了解DNA甲基化在生物多样性中的作用。（生物通 薄荷）
原文检索
Widespread natural variation of DNA methylation within angiosperms
Genome Biology 201617:194
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