Метилирование ДНК: скрытый механизм адаптации растений к потеплению

В условиях глобального потепления растения вынуждены быстро адаптироваться. Ключевую роль в этом играет эпигенетическая память, в частности, метиллирование ДНК — добавление метильной группы к цитозиновым основаниям ДНК, что изменяет доступность хроматина и экспрессию генов.

В июле 2023 года в Horticulture Research была опубликована работа "Warmer temperature during asexual reproduction induce methylome, transcriptomic, and lasting phenotypic changes in Fragaria vesca ecotypes".

Эксперимент и результаты

Исследовалось влияние температуры на четыре европейских экотипа земляники (Fragaria vesca: ES₁₂, ICE₂, NOR₂, IT₄) в течение трёх поколений вегетативного размножения (AS₁ – AS₃) при 18°C и 28°C.

Фенотипические изменения

• ES₁₂: увеличение образования столонов при 28°C в AS₁, но не в AS₃.
• IT₄: снижение образования столонов при 28°C в AS₁ и AS₃.
• ICE₂ и NOR₂: значительная задержка времени цветения при 28°C к AS₃ (0.05 > p > 0.001).
• Длина черешка: увеличение при 28°C в AS₁ у ES₁₂, ICE₂, NOR₂. К AS₃ эффект сохранился только у NOR₂.

Изменения были статистически значимыми и сохранялись при вегетативном размножении.

Молекулярные изменения

• Метилломный анализ выявил различия в паттернах метилирования ДНК между температурами, особенно в CHG и CHH контекстах.
• Наиболее выраженные различия показал экотип NOR₂. PCA подтвердил чёткое разделение профилей метилирования по температуре.
• Наибольший рост метилирования, специфичный к температуре, наблюдался для CHH контекста. Изменения коррелировали с геномными особенностями (TSS, TTS).
• Транскриптомный анализ выявил от ~3 500 до ~5 000 дифференциально экспрессируемых генов (DEGs) в ответ на повышение температуры у разных экотипов.
• Изучены специфичные для экотипов паттерны метилирования и экспрессии генов, связанных с метаболизмом гиббереллинов, временем цветения и эпигенетическими механизмами.
• У 1 318 дифференциально экспрессируемых и дифференциально метилированных генов (DEDMGs) абсолютное множественное изменение было >1.5 в трёх или менее экотипах.

Вывод

Изменения температуры во время вегетативного размножения вызывают значительные наследуемые эпигенетические и фенотипические модификации, что указывает на существование температурно-зависимого эффекта эпигенетической памяти у экотипов F. vesca.

Это исследование углубляет понимание адаптации растений и открывает возможности для использования эпигенетической памяти в создании культур, лучше приспособленных к потеплению.