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玉米团队从群体水平揭示DNA甲基化变异对表型的贡献

文章作者:www.hohoy.cn发布时间:2020-01-07浏览次数:995

南湖新闻网(记者米语)近日,我校和美国明尼苏达大学联合分析了天然玉米群体中的脱氧核糖核酸甲基化变异,揭示了脱氧核糖核酸甲基化变异的遗传基础以及脱氧核糖核酸甲基化变异与基因表达和表型的相关性。该结果发表在开放存取期刊《基因组生物学》上。

脱氧核糖核酸甲基化在植物生长和环境反应中起着重要作用。作为一种相对稳定的遗传信息,脱氧核糖核酸甲基化可以由脱氧核糖核酸序列变异诱导,也可以独立于脱氧核糖核酸序列产生纯表观遗传变异。独立性的程度以及基因甲基化对基因表达和表型变异的影响一直是研究的热点。

近年来,高通量测序技术和基因型检测技术的发展极大地促进了作物的遗传改良。育种者可以建立基于大量单核苷酸多态性数据的模型来预测表型和进行基因组选择。这种方法的前提是性状变异是由基因序列变异决定的。然而,对于许多性状来说,脱氧核糖核酸序列变异只能解释部分遗传力,仍然有相当一部分遗传力无法解释。许多学者称这种现象为“消失的遗传性”。如何发现和利用这部分遗传力是遗传学家和育种者面临的一个主要挑战。表观遗传变异(表观遗传学variance)是指不依赖于脱氧核糖核酸序列,能引起基因表达变化,并能传递给后代的变异,包括染色质修饰,如脱氧核糖核酸甲基化。

研究表明,不同玉米基因型之间的脱氧核糖核酸甲基化差异很大。然而,由于玉米基因组的复杂性和高测序成本,一直缺乏高通量、低成本的脱氧核糖核酸甲基化检测技术,因此无法在群体水平上研究脱氧核糖核酸甲基化变异的程度及其生物学功能。

在这项研究中,研究人员扩展了早先开发的液相探针捕获技术(李等人,核酸研究,2015,43:E81),以包括更多的脱氧核糖核酸甲基化突变片段。这些片段的选择是基于研究人员以前对玉米基因组的脱氧核糖核酸甲基化的研究结果,包括基因组中最有可能发生脱氧核糖核酸甲基化突变、影响基因表达或产生表型的片段,并且可以被有效监测。基于这一技术,研究人员对来自热带、亚热带和温带地区的263个玉米自交系进行了脱氧核糖核酸甲基化分析,发现了大量差异甲基化区域(DMR)。结合高密度单核苷酸多态性数据、叶片和籽粒基因表达数据以及籽粒代谢数据,分析了基因甲基化变异的遗传基础及其对表型变异的影响。研究发现,脱氧核糖核酸甲基化变异很普遍,绝大多数变异(60%)与脱氧核糖核酸序列变异无关。同时,发现基因甲基化变异对基因表达的影响取决于组织和序列环境。此外,DMR与代谢性状之间的关联分析发现,约16%的性状与DMR显著相关。有趣的是,一半以上与性状相关的DMR与单核苷酸多态性无关,有些性状只与DMR相关,而与单核苷酸多态性无关,这表明脱氧核糖核酸甲基化携带独特的遗传信息。

本研究系统分析了脱氧核糖核酸甲基化变异的遗传基础,证明脱氧核糖核酸甲基化可以调节基因表达和表型,为解释消失的遗传力提供了新的支持。这是首次在群体水平上分析作物中脱氧核糖核酸甲基化的变化和功能。

学生科学学院博士生许婧和陈果为合著者,明尼苏达大学李庆教授和内森斯普林格教授为合著者,严建兵教授和李林教授参与相关研究工作。本研究得到国家重点研究发展计划、华中农业大学研究启动基金和华中农业大学自主科技创新基金的支持。

点评:李青

论文链接:基因组生物学。生物医学Central.com/Articles/10.1186/S-019-1859-0? UTM _ source=微信_中=社交内容=组织活动=BSCN _ 2 _ CZ _ GB _微信_ 11月

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