四倍体花生驯化中DNA甲基化调控同源基因表达偏倚的机制研究

为解决多倍体作物驯化过程中表观遗传调控机制不清的问题，研究人员通过全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组分析(RNA-seq)，揭示了CHG甲基化在调控花生同源基因表达偏倚和亚基因组优势中的关键作用，为多倍体作物性状改良提供了重要理论依据。

　　

多倍化是植物进化的重要驱动力，但多倍体作物驯化过程中表观遗传调控机制仍不明确。花生作为典型异源四倍体作物，其油脂含量高达50%，是研究多倍体驯化的理想模型。然而，DNA甲基化如何调控同源基因表达偏倚(expression bias)和表达水平优势(expression level dominance, ELD)，进而影响重要农艺性状形成，一直是学界未解的难题。

广西大学、福建农林大学和四川省农业科学院的研究团队在《Plant Physiology》发表研究，通过整合全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组分析(RNA-seq)，系统比较了栽培四倍体花生(Arachis hypogaea)与其二倍体祖先(A. duranensis和A. ipaensis)的甲基化差异。研究采用生物信息学分析保守序列区段，结合RT-qPCR验证关键基因表达，并追踪了种子发育三个关键时期(20DAP/40DAP/60DAP)的甲基化动态。

DNA甲基化图谱揭示亚基因组分化
全局甲基化分析显示，四倍体花生A亚基因组CG/CHG甲基化水平显著高于二倍体祖先，而CHH甲基化降低。转座子(TE)区域的甲基化变异主导了基因组甲基化格局，但基因区CHG甲基化呈现独特调控模式。甲基转移酶MET1/CMT3和去甲基化酶ROS1/DME的表达变化是甲基化差异的主因。

同源基因表达偏倚的CHG甲基化调控
在11,170对同源基因中，19.28%呈现表达偏倚，其中57.61%偏向B亚基因组。GO分析显示这些基因富集于胁迫响应和油脂代谢通路。值得注意的是，基因体CHG甲基化与表达量呈显著负相关，如RNA聚合酶因子基因LOC112789906因高CHG甲基化而表达受抑。

表达水平优势的表观遗传基础
13.6%同源基因呈现ELD现象，76.89%的ELD源于非优势亲本基因的表达修饰。CHG甲基化通过下调非优势亚基因组基因表达，促使B亚基因组在油脂合成相关通路中占据主导地位。

种子发育的CHH甲基化编程
在种子发育过程中，CHH甲基化水平从20DAP到60DAP显著升高，特异性调控脂肪酸合成关键基因(如Diacylglycerol O-acyltransferase 2D-like)。启动子区CHH甲基化抑制油脂调控因子WRI1表达，直接影响了种子含油量。

该研究首次阐明CHG甲基化是决定花生同源基因表达偏倚的核心表观遗传标记，而CHH甲基化动态编程调控种子发育。这不仅揭示了多倍体作物驯化的表观遗传规律，更为分子设计育种提供了新靶点——通过定向调控特定序列背景(CG/CHG/CHH)的甲基化，可精准改良多倍体作物的产量和品质性状。研究建立的"甲基化-表达"调控模型，为小麦、棉花等重要多倍体作物的遗传改良提供了普适性研究范式。