Разные паттерны метилирования ДНК способствуют экологической дифференциации лотоса

Священный лотос (Nelumbo nucifera Gaertn.) — экономически важное водное цветковое растение, используемое в садоводстве, медицине и пищевой промышленности. Умеренный и тропический лотос — два экотипа N. nucifera, различающиеся географическим распространением, морфологией, временем цветения, генетикой, паттернами экспрессии генов и cis-регуляцией.

Метилирование ДНК — это эпигенетическая модификация, участвующая в фенотипическом разнообразии, развитии растений и реакциях на стресс окружающей среды. Однако эпигенетический механизм модификации ДНК-метилирования, который может влиять на адаптивную фенотипическую дифференциацию в запасающем органе двух экотипов лотоса, оставался неясным.

В исследовании, опубликованном в Molecular Ecology, ученые из Уханьского ботанического сада Китайской академии наук и Уханьского института ландшафтной архитектуры изучили адаптивные паттерны эпигенетической дифференциации двух экотипов дикого лотоса на уровне метилома и транскриптома ДНК с использованием полногеномного бисульфитного секвенирования и полногеномного секвенирования транскриптома.

Исследователи обнаружили, что ДНК умеренного лотоса была значительно более гиперметилированной, чем у тропического, что указывает на увеличение глобального метилирования ДНК в утолщающемся корневище.

Также они обнаружили, что гены, связанные с дифференциально метилированными регионами в их промоторах, имели тенденцию к дифференциальной экспрессии между двумя экотипами.

Среднее покрытие транспозонными элементами в промоторе и теле гена для тех, у кого наблюдалась значительная отрицательная корреляция между экспрессией и метилированием, было значительно выше, чем для тех, у кого была значительная положительная корреляция. Метилирование ДНК в промоторных регионах было значимо связано с экспрессией ключевых генов, вовлеченных в крахмал-биосинтетические, гиббереллин- и брассиностероид-сигнальные пути, и, как следствие, в фенотипическую дифференциацию корневища.

Исследование раскрывает ценные паттерны эпигенетической дифференциации между тропическим и умеренным лотосом и углубляет понимание формирования важного запасающего органа растения.