DNA腺嘌呤甲基化是近年來逐漸在多細胞生物中揭示的一類新表觀遺傳修飾，在多個方面起著關(guān)鍵的調(diào)控作用，而目前在植物尤其是農(nóng)作物上的研究及了解很少。
近日，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所研究員谷曉峰課題組繪制了全基因組腺嘌呤甲基化修飾圖譜，并發(fā)現(xiàn)其參與生長發(fā)育、光合作用、逆境適應(yīng)等生物學功能。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《分子植物》。
水稻是重要的糧食作物，培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等綜合性狀優(yōu)良的水稻品種是科學研究和生產(chǎn)中的重大需求。作為兩個主要亞種，秈稻和粳稻具有不同的農(nóng)藝性狀，相對而言秈稻產(chǎn)量較高，粳稻食用品質(zhì)更好。
“在決定水稻綜合性狀的因素中，表觀遺傳修飾在其中起著關(guān)鍵作用，鑒定全基因組表觀修飾位點和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是培育優(yōu)良品種的基礎(chǔ)。”谷曉峰向《中國科學報》介紹。
近年來，谷曉峰課題組和合作者經(jīng)過持續(xù)深入的研究，建立了系統(tǒng)的表觀遺傳技術(shù)體系和平臺，揭示了DNA 腺嘌呤甲基化重要位點和調(diào)控基因等多個創(chuàng)新性成果。
這次發(fā)表的成果，以水稻功能基因組學研究中應(yīng)用廣泛的粳稻“日本晴”和秈稻“93-11”為研究材料，繪制了全基因組腺嘌呤甲基化修飾圖譜，分析發(fā)現(xiàn)“日本晴”和“93-11”基因組中的大多數(shù)腺嘌呤修飾的基因是蛋白編碼基因。
研究人員將腺嘌呤修飾基因與轉(zhuǎn)錄組基因表達數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明腺嘌呤甲基化與水稻中活躍表達的基因相關(guān)聯(lián)，其調(diào)控基因分布在重要的生物學途徑，參與營養(yǎng)生長、光合作用、逆境適應(yīng)等生物學功能。
溫度脅迫是影響水稻產(chǎn)量的主要因素，秈稻和粳稻具有不同的適應(yīng)脅迫的能力。該研究發(fā)現(xiàn)，“日本晴”和“93-11”的腺嘌呤修飾在熱激和冷脅迫條件下參與脅迫反應(yīng)響應(yīng)，含量變化明顯，顯示腺嘌呤甲基化可能是一個響應(yīng)環(huán)境脅迫的敏感表觀標記。
谷曉峰表示，該研究還大幅度提升了“日本晴”和“93-11”基因組的組裝質(zhì)量和注釋準確度，可為基因序列分析、功能預(yù)測及研究提供基礎(chǔ)，并對高質(zhì)量水稻基因組的組裝具有指導意義。
和目前常用的“日本晴”和“93-11”基因組相比，新基因組Contig N50分別提升了2.2倍（NIP-BRI）和460倍（93-11-BRI）；NIP-BRI基因組中的gap數(shù)目從905減少到18個，而93-11-BRI基因組中的gap數(shù)目從54600減少到65個；NIP-BRI和93-11-BRI基因組校正了215和9843個基因注釋錯誤。
該研究結(jié)果為水稻功能基因組學和表觀遺傳學研究提供了更完善的基因組和表觀遺傳信息，對水稻產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀的定點改良具有重要的理論和實踐價值。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2018.11.005
