Nature：表观基因组的地域差异

　　

生物通报道：Salk研究所的科学家们对不同地域生长的植物进行了研究，明确了这些植物表观基因组的多样性模式。他们指出，这种多样性不仅有助于植物适应各种环境，也为提高作物产量和研究人类疾病带来了启示。文章于三月六日发表在Nature杂志上。

研究人员发现，随着生长环境的变化，同种植物间不仅存在基因多样性，还存在表观基因组层面上的差异。表观遗传学修饰是指DNA序列上起调控作用的化学标签，能够在不改变DNA序列（A-T-C-G）的情况下调节基因表达。植物和人类中都存在表观基因组，它为细胞提供了微调基因的额外工具。表观基因组学旨在研究基因组中表观遗传学修饰的模式。

研究显示，不同地区生长的植物间，存在较大的表观基因组差异，这赋予植物快速适应环境的能力。“我们研究了从世界各地收集来的植物，发现它们的表观基因组中存在惊人的差异，”文章资深作者，Salk研究所的Joseph R. Ecker教授说。“表观基因组层面上的多样性，为植物适应各种环境提供了不改变DNA序列的快速途径，如若不然植物将需要很长时间来适应。”

一旦理解了植物中的表观基因组改变，科学家们就可以对其进行操纵以满足多种需要，包括发展生物能源和培育耐旱植物等等。表观遗传学知识能够为农业带来重大影响，例如指导人们进行育种，帮助人们选择适应特定环境的农作物等。

Ecker开发了MethylC-Seq技术来检测表观基因组的改变。研究人员通过这一方法，分析了不同地区拟南芥的甲基化模式。拟南芥是植物生物学中宝贵的模式生物。研究中的拟南芥来自北半球的多种气候条件，从欧洲到亚洲，从瑞典到Cape Verde岛。研究人员分别检测了这些拟南芥的基因组和甲基化组，这是解析表观遗传学改变的第一步，这些信息能够揭示表观遗传学改变对植物性状及其适应能力的影响。

“我们预计到不同地区的植物群体之间存在甲基化模式差异，” Ecker实验室的博后Robert J. Schmitz说。“不过，差异之大还是远远超出了我们的预期。”

通过分析甲基化模式，Ecker团队研究了表观基因组对植物基因活性的影响。甲基化能使基因失活，不过与DNA突变不同，甲基化模式是可逆的，这使植物可以暂时活化特定基因。明确植物中受到表观遗传学调控的基因，能够帮助人们找到与环境适应力相关的重要基因。

人体中也广泛存在甲基化沉默基因的事件，例如肿瘤抑制基因的沉默，在癌症研究和治疗中甲基化都是不可忽视的因素。“如果基因被表观基因组关闭，那么我们也可以通过去甲基化将其恢复，”文章的作者之一Matthew Schultz说。分析甲基化差异如何在自然界形成，将帮助人们更好的操纵表观基因组。

下一步，研究人员将解析甲基化差异对植物性状的影响，探寻环境压力所诱导的表观基因组改变。

 

（生物通编辑：叶予）