隨著全球極端氣候條件的加劇，多種逆境脅迫復(fù)合發(fā)生的幾率不斷增加，已成為制約我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與影響森林生產(chǎn)力的主要非生物脅迫因素。而DNA甲基化是目前認(rèn)為最主要的表觀遺傳修飾形式，在生長(zhǎng)發(fā)育、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)座子沉默、基因組印記及響應(yīng)環(huán)境變化等方面均具有重要的遺傳調(diào)控作用。為此，張德強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)以小葉楊抗逆優(yōu)良無(wú)性系為材料，在全球范圍內(nèi)率先完成了林木表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)高溫、低溫、干旱與鹽堿非生物逆境脅迫的綜合分析工作，研究成果近期發(fā)表在國(guó)際著名植物學(xué)雜志《Journal of Experimental Botany》上（影響因子為6.312）。
在對(duì)生態(tài)型樹(shù)種小葉楊基因資源收集、保存與無(wú)性系表型測(cè)定的基礎(chǔ)上，選取抗逆優(yōu)良無(wú)性系分別進(jìn)行高溫、低溫、干旱、鹽堿四種非生物逆境脅迫。利用甲基化敏感多態(tài)性技術(shù)（MSAP）對(duì)小葉楊響應(yīng)不同逆境脅迫的DNA甲基化修飾位點(diǎn)進(jìn)行全基因組掃描，共獲得了39121個(gè)甲基化多態(tài)性位點(diǎn)。其中響應(yīng)高溫脅迫的特異甲基化位點(diǎn)為2353個(gè)，顯著高于其它逆境脅迫特異響應(yīng)位點(diǎn)，而高溫和干旱脅迫則具有最為相同的甲基化位點(diǎn)。根據(jù)分層聚類將所有甲基化位點(diǎn)分為243個(gè)簇, 其中5個(gè)Cluster被顯著富集，占全部位點(diǎn)的38.9%。結(jié)合MSAP-sequencing策略，篩選出2200個(gè)在不同逆境脅迫下差異的DNA甲基化修飾位點(diǎn)，共獲得響應(yīng)逆境脅迫的1376 個(gè)DNA甲基化修飾區(qū)段（SDMRs）?；蜃⑨岋@示，共包括1123個(gè)編碼蛋白基因，16個(gè)miRNA基因與17個(gè)lncRNA基因。其中，miRNA（Psi-MIR396e）和lncRNA (PsiLNCRNA00268512)分別位于SDMR162 的正義鏈和反義鏈上，經(jīng)過(guò)序列比對(duì)和表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)反義鏈上的長(zhǎng)片段非編碼RNA，PsiLNCRNA00268512在甲基化的調(diào)控下對(duì)小RNA，Psi-MIR396e 的表達(dá)具有調(diào)控作用。為揭示植物基因組甲基化維持機(jī)制，對(duì)候選位點(diǎn)的甲基化模式進(jìn)行了長(zhǎng)期檢測(cè)，顯示在逆境脅迫解除1個(gè)月后，僅有35.1%的位點(diǎn)能夠維持甲基化狀態(tài)，而在6個(gè)月后，穩(wěn)定的DNA甲基化位點(diǎn)則降至15.3%。在涉及的miRNA基因中，MIR6445基因的甲基化狀態(tài)至少可維持6個(gè)月，證明了miRNA甲基化在逆境脅迫中的表觀遺傳調(diào)控。該研究首次系統(tǒng)地闡述了林木在高溫、低溫、干旱與鹽堿四種主要的非生物逆境脅迫下的DNA甲基化響應(yīng)模式，為全面解析DNA甲基化在調(diào)控非編碼RNA的表達(dá)開(kāi)辟了新途徑。
該研究受到中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助，論文的第一作者為生物學(xué)院青年教師宋躍朋博士和在讀博士研究生次東，團(tuán)隊(duì)成員田敏參與了該研究的具體實(shí)驗(yàn)工作。
論文鏈接：
http://jxb.oxfordjournals.org/content/early/2015/12/27/jxb.erv543.long。
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