竹類植物作為一種特殊的禾草，其筍期的快速生長這一特殊性狀備受關注，但以往研究集中在細胞微觀結構、轉錄組、代謝組、蛋白質組、小RNA以及新基因等方面。DNA甲基化作為重要的表觀遺傳修飾，主要參與轉座子沉默和基因的表達調控，在植物生長發育中發揮重要的調控作用。然而，目前尚不清楚DNA甲基化是否影響竹筍的快速生長。
中國科學院昆明植物研究所李德銖與郭振華攻關團隊依託國家重大科技基礎設施「中國西南野生生物種質資源庫」，以熱帶木本竹類分支代表竹種芸香竹（Bonia amplexicaulis）為研究對象，在前期基因組測序研究的基礎上，開展了DNA甲基化在竹筍快速生長過程中潛在功能的研究。科研人員通過野外觀察和對組織樣品的解剖學研究，將筍期生長分為5個階段（ST1至ST5）。ST1為生長潛伏期，ST2-ST4為莖稈快速生長的三個階段即快速生長的早期、中期和後期，ST5為生長平台期。據此研究對芸香竹進行全基因組DNA甲基化測序和轉錄組測序，獲得了其筍期各發育時期的全基因組DNA甲基化譜與基因表達譜。研究發現：（1）芸香竹莖稈快速生長期（ST2-ST4）的CG和CHG甲基化水平顯著低於潛伏期（ST1）和平台期（ST5），這可能是DNA去甲基化酶ROS1和DML3高表達造成的；（2）DNA甲基化水平的變化主要發生在基因體區域和基因上下游區域，在ST1和莖稈快速生長階段（ST2-ST4）之間鑒定出23647個差異甲基化區域（DMRs）。這些DMRs中主要是CG和CHG類型，位於基因間區和外顯子區；（3）結合轉錄組分析發現，DMR相關基因富集於生長素和JA信號轉導等與植物生長密切相關的通路；（4）CHH甲基化與莖稈的快速生長無關，而是通過在TE區域逐漸積累與莖稈的發育時間密切相關，這種CHH甲基化的逐漸積累與RNA介導的DNA甲基化途徑相關基因高表達相關，並鑒定到約100000個隨著發育時間甲基化水平逐漸增加的TEs。該研究揭示了DNA甲基化在調節竹筍快速生長中的重要性，並表明DNA甲基化與木本竹的發育時間或年齡有關，為解析竹類植物筍期快速生長的生物學機制提供了新視角。
近日，相關研究成果以Single-base methylome analysis reveals dynamic changes of genome-wide DNA methylation associated with rapid stem growth of woody bamboos為題，在線發表在Planta上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、雲南省科技領軍人才計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會的支持。
圖1.芸香竹筍期生長不同階段解剖觀察及取樣策略。（a）芸香竹的節間生長曲線；（b）第6節間的採樣策略；（c）ST1-ST5組織的橫切面和縱切面。
圖2.芸香竹基因組DNA甲基化圖譜。（a）芸香竹基因組中長度前12的scaffolds的CG、CHG和CHH甲基化譜及TE和基因的密度，從外環到內環表示不同發育階段（ST1-ST5）；（b）ST1-ST5的CG、CHG和CHH序列的平均甲基化水平；（c）ST1-ST5的CG、CHG和CHH序列的相對比例。
來源：中國科學院昆明植物研究所
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