植物中甲基化相关基因的起源和演化历史初探

【作者】 裴柳玲； 王茂军； 涂礼莉； 张献龙；

【机构】 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室；

【摘要】 DNA甲基化是1种重要的表观遗传修饰,在真核生物中与许多关键的调控基因密切相关。追溯甲基化相关基因的进化历史可以帮助我们了解植物的进化史,并有助于探究不同物种中与DNA甲基化相关的机制。然而,现在大多数关于甲基化相关基因进化方面的研究都没有涵盖整个DNA甲基化路径。在本研究中,我们对从藻类到开花植物的74个物种中的33个甲基化相关基因进行了全面的鉴定,研究了这些基因的起源和进化。本研究发现,负责维持甲基化和去甲基作用的基因的起源时间较早,而与从头甲基化相关的基因则在晚些时候出现。甲基化相关基因通过全基因组复制和串联复制进行扩增,但同时也伴随着大量的基因丢失事件。通过基因的结构分析和蛋白质结构域分析,我们发现基因的长度和内含子的长度在不同的物种中变化很大,但是外显子的结构和蛋白质结构域总体比较保守。与棉花相比,这些基因在其他双子叶植物中都受到了负选择。在棉花中对这些基因的表达分析表明,在二倍体棉种中大部分甲基化相关基因在不同器官中的表达趋势在A和D基因组中不同,但是在四倍体棉种中大部分基因的表达趋势在At和Dt亚基因组中相同,并且这些在四倍体亚基因组中相同的表达趋势与原有的二倍体A和D基因组都不同;同时差异表达分析表明,一些甲基化相关基因在二倍体棉种的A和D基因组中的差异表达情况与四倍体棉种的At和Dt基因组中呈现不同的趋势。这项研究提供了关于甲基相关基因起源的见解,并有助于对植物DNA甲基化途径进化的理解。更多还原