干旱胁迫下小麦DNA甲基化的调控机制及其对转座子与基因表达的调节作用

《BMC Plant Biology》：DNA methylation is associated with transcriptional variability and transposon-driven trans-regulation under drought in wheat landraces

　　# 摘要## 背景普通小麦（Triticum aestivum）对粮食安全至关重要，但日益频繁的干旱威胁着产量。虽然小麦对干旱的转录反应已得到充分表征，但DNA甲基化的作用仍然知之甚少。小麦地方品种组合具有广泛的基因组多样性，这些多样性由长期的环境适应所塑造，使其成为解析干旱响应机制的有力工具。## 结果我们对干旱处理前后的麦苗进行了单碱基甲基化组和转录组分析；通过将小型地方品种组合的DNA混合，我们捕获了反映环境适应的群体水平甲基化模式。在胁迫条件下，基因体甲基化与高且稳定的基因表达显著正相关，基因区差异甲基化区域靶向与胁迫相关的基因。许多与差异甲基化相关的基因在干旱暴露期间维持稳定的转录，表明DNA甲基化可能具有潜在的稳定作用。差异甲基化大量定位于基因间区和转座子区；古老的逆转录转座子家族RLX_famc9在干旱下成为突出的甲基化靶标。RLX_famc9与干旱响应基因共享序列相似性，富含差异甲基化，并在干旱下表达下调，支持了一个推测模型：干旱诱导的高甲基化抑制了转座子来源的远端调控活性，最终调节目标基因的表达。我们还指出ROS1a糖基水解酶参与了干旱条件下的去甲基化。## 结论DNA甲基化在干旱条件下可能具有复杂的调控作用，包括ROS1a介导的去甲基化、基因区甲基化可能促进高且稳定的表达，以及甲基化调控的转座子可能以远端方式调节基因表达。这些共享的表观基因组特征突出了调控机制，并提供潜在的表观标记，可用于增强优良品种的水分胁迫抗性。