Hortic Res | 浙江大学陈利萍教授团队揭示DNA甲基化在嫁接诱导变异维持中的新机制

嫁接是一项重要的农业技术，可以快速改良农作物的产量、品质和抗性等。越来越多的研究发现，嫁接诱导植物发生的表型变异不仅在嫁接体（主要在接穗）上发生，而且可以通过无性与有性途径向后代传递，然而这种变异形成及维持的机制尚不清楚。嫁接的本质是不同种内、种间或属间的植物细胞在嫁接区域的嵌合，这种细胞嵌合状态是嫁接诱导植物产生表型变异的重要结构基础。人工合成的周缘嵌合体在由茎顶端分生组织发育的器官中，广泛存在类似嫁接区域的嵌合状态（嫁接嵌合），为探究嫁接诱导变异形成及维持提供了良好研究模型。

2023年3月，Horticulture Research在线发表了浙江大学陈利萍教授团队题为The role of DNA methylation in the maintenance of phenotypic variation induced by grafting chimerism in Brassica 的研究论文，揭示了DNA甲基化在嫁接嵌合状态诱导表型变异维持中的作用。

该研究以榨菜与紫甘蓝经过试管茎尖嫁接获得的周缘嵌合体TCC（按照茎顶端分生组织中L1层、L2层和L3层的排列顺序，T代表榨菜细胞层，C代表紫甘蓝细胞层）为材料，利用组织培养技术诱导L1层细胞形成榨菜再生植株（rTTT0），并自交获得其有性后代第一代至第五代（rTTT1-rTTT5）（图1）。通过比较榨菜再生植株（rTTT0）与对照材料（rsTTT0）的形态结构与发育进程差异，发现与紫甘蓝嫁接嵌合后，榨菜产生了多种表型变异，包括叶缘裂刻变浅、角质层增厚、分枝数目增多和发育进程提前等。进一步，利用转录组分析，筛选到了58个与表型变异相关的候选基因。通过WGBS（Whole-geome bisulfite sequencing）技术对rTTT0和rsTTT0的全基因组DNA甲基化水平进行分析，发现嫁接嵌合诱导榨菜全基因组DNA甲基化发生变异，其中CG类型DNA甲基化水平显著升高8.74%；对编码基因及邻近区域的DNA甲基化水平进行分析，发现基因体的CG类型甲基化明显升高、启动子区的非CG类型甲基化明显降低。其中，与叶缘变异相关的编码基因（ARF10、ROF1和TPR2）的DNA甲基化变异可以一直维持至有性后代第五代（图2）。有趣的是，嫁接嵌合状态也改变了非编码基因MIR的转录水平，其中3个MIR基因启动子区的DNA甲基化发生变化，MIR319的DNA甲基化变异可以维持至有性后代第五代。

该研究发现嫁接嵌合状态诱导的DNA甲基化变异是榨菜叶缘形态变异及在无性与有性后代中维持的重要原因，这为研究嫁接诱导表型变异的形成和维持提供了新视野，并为嫁接诱导作物的有利变异的固定与应用提供理论依据和实践基础。

浙江大学农业与生物技术学院博士研究生刘柯为第一作者，陈利萍教授及其合作博士后袁璐为该论文的共同通讯作者，齐振宇高级实验师与向珣高级工程师也参与了此项研究。该研究得到国家自然科学基金（32172561）和浙江省基础公益研究计划项目（LGN19C150012）等项目资助。

作者团队介绍

浙江大学陈利萍教授团队长期从事园艺作物种质资源改良与开发利用研究，建立起了独特的试管嫁接、远缘杂交、胚培养、转基因等技术体系，在异源细胞间遗传信息物质传递、不定器官发生、植物生长发育调控等方面取得了创新性的研究成果。在Molecular Plant、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、DNA Research 等期刊发表论文60余篇，多篇研究被选为封面论文，并获得多项国家发明专利。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uha‍d008

转自：“园艺研究”微信公众号

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