花器官发育是植物生长发育与繁衍后代的重要生殖过程，对于加速林木遗传改良进程、缩短育种周期具有重要意义。越来越多的证据表明基因表达的时空特异性不仅由特异的DNA 序列包括顺式作用元件与反式作用因子控制，还受表观遗传调控，其中最重要的修饰就是DNA甲基化。因此，如何系统地解析DNA甲基化修饰对植物花器官发育基因表达网络的调控成为目前国内外分子遗传学与分子生物学领域研究的热点问题。而目前的相关研究主要集中于DNA甲基化对编码基因表达模式的调控，而对基因间隔区更为丰富的非编码调控元件尚未涉及，导致未能构建更为全面和系统的基因表达调控网络。

 

　　日前，我校张德强教授团队依托国家林业公益性项目，在前期对雌雄花器官在生长发育过程中生理生化应答、转录调控等研究的基础上，首次在林木中系统地解析了DNA甲基化修饰对microRNA的表达调控模式，为构建全面的花器官基因表达调控网络奠定了基础。

 

　　该研究在对全国毛白杨基因资源库长期观测的基础上，选取了较为罕见的毛白杨雄全同株个体为研究材料，利用whole-genome shotgun bisulphite sequencing （WGsBs）技术在全基因组水平上对毛白杨雌雄花器官的DNA甲基化修饰类型以及分布模式进行了检测。分析显示在蛋白编码基因区域发生的DNA甲基化仅占全部甲基化修饰的15.1%，而在基因间隔区发生的DNA甲基化修饰比例则高达74.1%。共检测到了113个保守的microRNA基因发生了DNA甲基化修饰，其中包括11个花发育调控相关的microRNA基因。microRNA基因甲基化修饰集中发生在其侧翼序列，最为丰富的甲基化类型为CHH，其次为CHG类型。并且这两种DNA甲基化修饰在雌雄花器官之间具有序列偏好性。对雌雄花器官差异DNA甲基化microRNA基因的靶基因进行富集分析，显示在细胞程序性死亡、细胞大分子代谢过程以及碳水化合物代谢等过程被显着富集。利用microRNA-sequencing以及Affymetrix杨树表达谱芯片技术对杨树雌雄花器官转录组的表达模式进行检测，进而分析DNA甲基化对基因表达的调控作用。研究表明DNA甲基化对基因表达具有多种形式的负调控作用。该研究首次将DNA甲基化调控基因表达的研究扩展到基因间隔区，对杨树全基因组microRNA的甲基化模式以及表达调控作用进行了分析，筛选出大量受DNA甲基化调控的microRNA基因，完善了林木花器官发育基因表达模型，为系统构建DNA甲基化调控基因表达网络奠定了基础。

 

　　研究成果近期在线发表于国际着名植物学杂志《Journal of Experimental Botany》上（IF="5.794；5-Year" IF= 6.019）。该文章的*9作者是生物科学与技术学院青年教师宋跃朋讲师。这是张德强团队自2012年开展表观遗传学研究以来，在林木花发育甲基化调控研究首次取得突破性进展，为我校在林木表观遗传学相关研究的开展奠定了基础。

 

　　来源：北京林业大学