易基因：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｜组学研究

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2023年3月23日，海南大学三亚南繁研究院/热带作物学院博士研究生郭昊等为第一作者、王守创教授为通讯作者在《Science China Life Sciences》杂志发表题为“Population analysis reveals the roles of DNA methylation in tomato domestication and metabolic diversity”的研究论文，该研究通过对野生品种、地方品种和栽培品种的番茄群体进行全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）、转录组测序（RNA-seq）和代谢组学等分析，解析了番茄群体代谢多样性与育种过程中DNA甲基化变化的关系，构建了多组学关联网络并完善了番茄多酚等代谢物的合成通路。

标题：Population analysis reveals the roles of DNA methylation in tomato domestication and metabolic diversity（群体分析揭示DNA甲基化在番茄驯化和代谢多样性中的作用）

时间：2023-03-23

期刊：Sci China Life Sci

影响因子：IF 10.372

技术平台：WGBS、RNA-seq、代谢组学分析等

研究摘要：

DNA甲基化是一种重要的表观遗传学标记，但其多样性和其在群体水平上番茄育种中的作用在很大程度上仍未知。本研究对包括野生品种、地方品种和栽培品种番茄在内的群体进行了全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）、RNA-seq和代谢组学分析，共鉴定出8375个差异甲基化区域（DMR），其在驯化和改良过程中的甲基化水平逐渐降低，研究结果表明20%以上的DMR与选择性清除（selective sweep）重叠。番茄中80%以上的DMR与单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms，SNP）没有显著相关性，而DMR与相邻SNP具有强关联。此外，研究还对来自364个不同种质的339种代谢物进行代谢组学分析，并进一步进行基于SNP和DMR的代谢关联研究，分别通过SNP和DMR标记检测到971和711个大效应位点。结合多组学共鉴定出13个候选基因并更新了多酚生物合成通路。本研究结果表明，DNA甲基化变化可以补充代谢物多样性的SNP图谱。总之，本研究通过WGBS测序等组学研究为不同种质绘制了全面的DNA甲基化图谱，并表明DNA甲基化变化可能是植物代谢多样性的遗传基础。

项目设计：

（1）样本选取：

野生品种（S.pimpinellifolium）、地方品种（S.lycopersicum var cerasiforme）、栽培品种（S.lycopersicum）共纳入96份不同品种番茄样本。每种品种至少20株，并在种子发芽后40天随机收集叶片快速置于液氮中，用于DNA、RNA和代谢物提取及后续测序分析。

（2）项目设计流程图：

结果图形

（1）不同番茄品种的DNA甲基化图谱

图1：驯化和改良过程中的DNA甲基化变化

A. 全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）数据。

B.   DMR在番茄染色体上的分布及其与其他基因组表征的关系。从①到⑤为番茄的染色体、基因、TE、Dos DMR和Imp DMR。

C.   番茄驯化和改良过程中的DMR。内圈表示Hyper-DMR和Hypo-DMR比率，外圈表示对应CG和CHG位点DMR。

D.  不同育种过程和不同DMR背景下的DMR长度比较。（***P