研究發現與氣候關聯的表觀等位基因參與影響自然界植物葉片衰老的分子機制

1月31日，中國科學院上海植物逆境生物學研究中心朱健康研究組的研究成果，以A naturally occurring epiallele associates with leaf senescence and local climate adaptation in Arabidopsis accessions為題，在線發表在Nature Communications上。該研究利用經典的遺傳學和關聯分析發現了一個調控自然界葉片衰老的表觀等位基因（epiallele），並深入洞察了該epiallele的產生機制和參與適應性進化方面的潛能。

無論大到整個高等植物或哺乳動物，還是小至擬南芥或人類，生命體之間都表現出極度的多樣性。高度的多樣性令人困惑，也是《科學》雜誌提出的最重要的前沿問題之一。達爾文的進化論合理的解釋了生命的多樣性，多樣性為種群適應複雜多變的環境提供了堅實基礎。現代遺傳學揭示DNA序列的變異是同一物種表型多樣性的原因。隨著科學的進步，人們發現了很多與DNA序列無關的遺傳現象，被稱之為表觀遺傳，例如DNA甲基化。儘管表觀遺傳對於個體的生長發育很重要，但關於其在上述這些過程的作用的研究卻是有限的。

現有研究已發現幾個表觀遺傳調控自然界物種表型多樣性的例子，例如柳穿魚的花型，甜瓜的性別。但這些例證卻為數不多，並且還沒有發現它們與局部環境的適應有什麼樣的關係。

在該研究中，研究人員通過140個不同生態型擬南芥的分析，鑒定了一個轉座子並命名為NMR19，其甲基化和在基因組上的位置是多樣性的。基於其位置的差異，NMR19進一步被分類為NMR19-4和NMR19-16。NMR19-4的甲基化可以抑制調控葉片衰老的基因PPH的表達從而影響自然界不同生態型的葉片衰老。NMR19-4的甲基化差異是自主穩定遺傳的。分子進化分析表明，NMR19-4起源於NMR19-16的轉座，大概發生在37-98萬年前，也就是在A.thaliana和A.lyrata分歧之後。NMR19-4的甲基化的高低與旱季的溫度呈顯著性負相關，暗示NMR19-4是一個氣候相關聯的epiallele，並且它可能通過微調PPH的表達來幫助擬南芥適應局部的環境改變。該研究不僅鑒定了一個新的epiallele，而且深入洞察了該epiallele的產生機制和參與適應性進化方面的潛能。

抗逆中心博士研究生何力與副研究員吳文武為共同第一作者，副研究員張慶祝與研究員朱健康為共同通訊作者，研究工作得到了中科院相關經費的資助。

NMR19-4甲基化與氣候參數的相關性以及演化過程分析。（a）箱線圖表示攜帶不同甲基化的NMR19-4的生態型之間PPH表達，葉綠素含量，旱季平均溫度的差異。（b）NMR19-4甲基化與PPH表達，葉綠素含量，旱季平均溫度的相關性分析。（c）旱季平均溫度的變遷。（d）NMR19的起源與演化過程。

來源：中國科學院上海生命科學研究院

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！