生菜(Lactuca sativa L.)是世界上重要的经济蔬菜作物。生菜被认为是从单一的野生祖先生菜驯化而来，随后分化成两种主要的形态不同的蔬菜类型:叶生菜和茎生菜。然而，表观遗传变异在生菜驯化和分化中的作用在很大程度上仍然未知。尽管大规模的全基因组重测序研究已经揭示了生菜驯化过程中大量的遗传变异，但表观遗传学是否有助于形成驯化性状仍未得到探索。
DNA甲基化是表观遗传的重要组成，由DNA甲基化介导的稳定外胚轴，可通过自然进化和人工选择传递给后代。遗传自亲本的CG甲基化在植物基因组中表现出稳定的跨代遗传。通过基因启动子的DNA甲基化，表皮等位基因被证明可以决定对称花发育、果实未成熟表型和番茄维生素E含量的变化。尽管DNA甲基化具有重要的功能，但它在作物群体进化中的研究才刚起步。对玉米、大豆和水稻的群体表观遗传研究揭示了作物长期驯化过程中的表观遗传进化。然而，蔬菜作物的表观基因组资源非常有限，特别是在种群水平上。
2024年7月17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的论文，通过全基因组甲基化测序（WGBS）系统地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，鉴定了不同生菜园艺类型的保守的DNA甲基化驯化区域，为作物驯化和分化提供了群体表观基因组学的见解，进一步驯化多样性和表观遗传育种促进作物改良提供了宝贵的资源。
文章信息与样本技术方法
结果展示
图1 生菜驯化过程中CG甲基化多样性增加。
图2 生菜驯化过程中CG甲基化水平升高。
图3 叶生菜品种间DNA甲基化变化的高相关性
图4 莴苣品种共同驯化诱导的DMRs
图 5 驯化诱导的DNA甲基化变化通过顺式或反式作用影响基因表达的变化
总结
研究对52个生菜品种进行WGBS，包括主要的生菜品种和野生近缘种，发现在生菜驯化过程中DNA甲基化显著增加，并揭示了与生菜驯化和分化相关的丰富的表观遗传变异。与叶生菜和茎生菜相关的DNA甲基化变异分别与调节和代谢过程有关，而与这两种类型相关的DNA甲基化变异在应激反应中丰富。此外，研究发现驯化诱导的DNA甲基化变化可能通过影响染色质可及性和染色质环来影响近端和远端基因的表达水平。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。
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