近日，新加坡淡马锡生命科学研究院申莉莎课题组在Genome Biology在线发表题为DNA methylation variations underlie lettuce domestication and divergence的研究性论文，系统研究了生菜的主要园艺栽培类型、野生种及其近缘物种的全基因组DNA甲基化及基因表达，厘清了不同生菜园艺类型的保守的DNA甲基化驯化区域，和各个园艺类型的独特驯化区域。此外，结合转录因子分析及分子实验进一步揭示了DNA甲基化的驯化对于逆境响应的贡献。研究结果将为未来作物育种的多样性、多功能性驯化提供重要的理论参考。
生菜是全世界最为重要的蔬菜作物之一，尤其在美国，生菜产量占据了近10%蔬菜总产量，并且其需求也在急剧攀升。生菜具有十分丰富的园艺栽培类型，比如脆生菜、长叶生菜、奶油生菜、茎用生菜（莴笋），但所有的生菜类型都被认为起源于距今6000年前的一个野生种刺生菜（L. serriola）的驯化。近年来基因组学研究表明，生菜具有巨大且复杂的基因组，其基因组总长度近2.6 Gb，并且超过80%的区域都是重复序列和转座子。生菜群体在基因组研究中发现了大量的遗传变异位点及驯化清除位点，但其表观遗传的研究却十分匮乏。
图1. 生菜群体具有高多样性的DNA甲基化变异
该研究收集了主要的生菜栽培类型，包括长叶生菜，奶油生菜，脆生菜、茎用生菜（也即是莴笋）和生菜野生祖先种刺生菜（L. serriola）及3个野生近缘种。经全基因组DNA甲基化分析，发现相对于核酸多样性，生菜群体表现出更高DNA甲基化变异多样性，表明DNA甲基化具有较强的变异能力（图1）。从全基因组整体水平来看，所有驯化后的生菜栽培类型都表现出远高于野生种的全基因组DNA甲基化水平，尤其是基因的上下游，和转座子区域。此外这些驯化的甲基化变异相对比较保守，且主要发生在胁迫响应及种子发育等重要的驯化特征上，而茎用生菜特异甲基化变异可能来自其中一个野生近缘种的渐渗（图2）。
图2. 生菜驯化导致全基因DNA甲基化升高
该研究亮点是首次解析了单个野生物种多样化驯化的遗传及表观遗传特征，为将来作物育种的多样性、多功能性驯化提供重要的理论参考。
申莉莎研究员为论文的通讯作者，曹帅博士为论文的第一作者，Dr. Nunchanoke Sawettalake，李苹博士，樊胜博士参与了本研究工作，该研究得到了新加坡国立研究基金会，新加坡食品局，和淡马锡生命科学研究院的支持。
原文链接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03310-x
文章来源：植物生物技术Pbj
