在多变且往往具有挑战性的环境条件下，快速和长期的遗传适应能力对种群和物种的生存至关重要。越来越多的证据表明，包括DNA甲基化在内的表观遗传调控参与自然种群的可遗传表型变异，如树木的生长性能。然而，DNA甲基化在多大程度上贡献于长寿树木生长性能的表型可塑性尚不清楚。

道格拉斯冷杉(Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco)是北美西部最重要的生态和经济针叶树之一，因其优异的生长性能和抗逆性也成为许多国家引进的重要物种。近日，Giang Thi Ha Vu等在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上在线发表题为：“Uncovering epigenetic and transcriptional regulation of growth in Douglas-fir: identification of differential methylation regions in mega-sized introns”的研究论文，该研究探究了DNA甲基化模式对单个树木生长性能的影响，讨论了遗传变异和重复序列对裸子植物生长变异的影响和关联，以及裸子植物超大基因的潜在表观遗传调控机制。

该研究以来自美国华盛顿四个沿海北美种源的44年生道格拉斯冷杉树为研究对象，以树木的胸径(DBH)值代表树木的生长性能，对其针叶靶向DNA基因分型、DNA甲基化和mRNAseq谱进行比较分析，从中鉴定出195个差异表达基因(DEGs)和115个差异甲基化位点(DML)与适应性相关基因有关。考虑到遗传和当地环境(通过森林试验中的)对生长速度的明显但数量上未知的影响，该研究也将源种群、种子年份、树木位置作为协变量纳入线性回归模型，以确定真正包含与生长相关特定DNA甲基化模式的基因组区域（图1、图2）。

图1.研究概况

图2.不同生长性能道格拉斯冷杉针叶DNA甲基化分析

为了研究DNA甲基化变异的潜在功能后果，该研究鉴定了位于DML或邻近DML(每个方向上离DML最近的基因)的基因，发现在115个DML中，有6个DML与基因编码区重叠(2个外显子和4个内含子DML)。4个内含子DML都存在于长度从100到180 kbp的超大基因中，并且在针状转录组中，内含子中含有DML的这4个基因都是高表达的，这表明裸子植物中这些大型内含子基因具有特殊的调控机制（图3）。

图3.生长相关DNA甲基化在ddRAD位点基因组区域的富集和缺失

重复DNA序列在基因组的稳定中具有核心作用，几乎参与任何细胞过程，包括DNA甲基化分析。转座子插入可以促进局部基因组区域的DNA甲基化。在Douglas-fir基因组中，DNA重复序列占很大比例，参与99个DML(占总DML的86.1%)的生长相关DNA甲基化调节，包括高甲基化和低甲基化。此外，近14%的DML没有单核苷酸多态性标记，这表明表观遗传变异对树木生长的独特贡献（图4）。

图4.差异甲基化位点(DML)与检测到的SNPs、重复序列和基因注释的关系

文章来源：植物生物技术Pbj