群体分析揭示了DNA甲基化在番茄驯化和代谢多样性中的作用

　　在《SCIENCE CHINA Life Sciences》上发表的一篇论文中，中国科学家利用WGBS图谱首次绘制了番茄群体水平的表观遗传变异，整合了转录组、代谢组和变异组等多个组学，并挖掘了数千个与代谢物显著相关的DNA甲基化变异。因此，分析番茄群体代谢多样性与育种史上DNA甲基化变异的关系，构建多组学关联网络，完善番茄驯化过程中多酚生物合成途径。

　　

   

     

图:A:亚硫酸氢盐全基因组测序数据摘要。PIM:野生加仑番茄(S.pimpinellifolium);CER:樱桃番茄(s.p lycopersicum var. cerasiformme);BIG:栽培番茄(s.p lycopersicum)。B，驯化和改良过程中DMR在番茄染色体上的分布。C，基于代谢物、snp和DMRs关联分析的多组学网络。不同颜色的圆点和三角形代表不同种类的代谢物和不同类型的变异标记，线条代表两者之间的显著关联。D，显示了已鉴定的已知参与多酚生物合成途径的基因，并显示了本研究验证的候选基因。基因的不同颜色代表通过SNP、DMR或两者识别的基因。

来源:?中国科学出版社

本研究由海南大学三亚南帆研究所王守庄博士牵头，从群体DNA甲基化的角度揭示表观遗传变异在番茄驯化和代谢多样性中的作用。

番茄是世界公认的高营养价值模式植物，其育种历史可分为驯化和改良两个主要阶段，而代谢物在群体中由于“搭便车效应”表现出丰富的多样性。以往对植物群体代谢多样性的研究多以单核苷酸多态性(snp)作为遗传标记，而DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰，与驯化和代谢多样性的关系尚不清楚。通过对全球近100个番茄核心种质品种的全基因组亚硫酸盐测序，获得了约100亿对末端测序数据(图1A)，在驯化和改良过程中共鉴定出8,375个差异甲基化区域(DMR)(图1B)，发现番茄在育种过程中DNA甲基化变异在多个维度上逐渐降低。通过整合vaiome、转录组和代谢组等多组学数据并进行关联分析，构建了代谢物-单核苷酸多态性-差异甲基化区域的多组学关联网络(图1C)。基于这个网络，我们鉴定并验证了13个多酚生产所需的候选基因(图1D)。几个候选基因可以同时被两个变异体识别，但部分候选基因，如UGT71AV3，只能通过DMR识别。

本研究揭示了群体DNA甲基化变异对番茄驯化和代谢多样性的影响，表明DMR不仅可以与SNP一起影响番茄代谢物的生物合成，还可以鉴定出SNP无法捕获的候选基因，丰富了对代谢多样性的认识。