特色水生經(jīng)濟(jì)植物蓮其自然分布區(qū)包括兩種分別適應(yīng)高低緯度氣候環(huán)境的生態(tài)型：溫帶型（亞洲高緯度溫帶及寒帶）和熱帶型（亞洲及澳大利亞北部低緯度熱帶）。蓮的地下莖俗稱藕或藕帶，是常用餐菜之一，也是區(qū)分溫帶型（地下莖膨大成藕，具有明顯的年生長(zhǎng)發(fā)育周期）和熱帶型蓮（地下莖鞭狀不膨大，常年無明顯停頓生長(zhǎng)）的重要器官，其表型分化體現(xiàn)了蓮表型對(duì)不同緯度氣候環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)化。DNA甲基化修飾是一類重要的表觀遺傳修飾，其中胞嘧啶殘基第5位碳原子上的甲基化現(xiàn)象是研究最廣泛的表觀遺傳修飾。甲基化在不改變DNA序列的前提下，可以影響植物的基因表達(dá)和表型，從而參與了植物生長(zhǎng)發(fā)育。然而，可能影響蓮兩生態(tài)型地下莖表型適應(yīng)性分化背后的DNA甲基化修飾表觀遺傳機(jī)制尚不明確。 

　　中國(guó)科學(xué)院武漢植物園與武漢市園林科學(xué)研究院研究人員采用重亞硫酸鹽測(cè)序和全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，選用中國(guó)、俄羅斯、印度、澳大利亞和印度地區(qū)代表蓮野生資源，對(duì)比了5個(gè)地區(qū)野生蓮的的生長(zhǎng)發(fā)育習(xí)性和形態(tài)表型差異，從DNA甲基化表觀組和轉(zhuǎn)錄組層面探究了蓮兩生態(tài)型的適應(yīng)性表觀遺傳分化模式。該研究發(fā)現(xiàn)蓮的CG類型甲基化水平最高，其次是CHG和CHH類型。比較各樣本DNA甲基化水平發(fā)現(xiàn)，地下莖CHH甲基化水平顯著高于葉。值得注意的是，該研究還揭示了溫帶型蓮整體水平的CG和CHG甲基化水平顯著高于熱帶型蓮，這一結(jié)論進(jìn)一步支持了該研究組先前發(fā)表的雜交蓮等位基因異性表達(dá)顯著偏向于熱帶蓮親本的現(xiàn)象背后的表觀遺傳修飾機(jī)制(Gao et al., 2021, Plant Molecular Biology)。此外基于全基因組各類型甲基化模式聚類分析發(fā)現(xiàn)，溫帶型蓮和熱帶型蓮在CG甲基化下存在明顯分歧，而地下莖和葉在CHH甲基化下存在明顯分歧。進(jìn)一步對(duì)地下莖中的基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)DNA甲基化酶和一個(gè)DNA去甲基化酶的表達(dá)分化可能與兩生態(tài)型蓮DNA甲基化水平的整體差異有關(guān)。啟動(dòng)子與基因體的甲基化對(duì)基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系較為復(fù)雜，負(fù)向調(diào)控基因多于正向調(diào)控，且啟動(dòng)子中轉(zhuǎn)座子比例增加會(huì)促進(jìn)基因的甲基化水平與表達(dá)的相關(guān)性。此外，該研究揭示了參與許多淀粉合成和植物激素信號(hào)相關(guān)基因的啟動(dòng)子甲基化和表達(dá)豐度顯著相關(guān)，作用于蓮兩生態(tài)型地下莖的表型分化?？傮w來說，該研究揭示了蓮地下莖中整體與局部DNA甲基化修飾式樣在其兩生態(tài)型間的差異，對(duì)兩生態(tài)型基因表達(dá)差異和表型的適應(yīng)性分化有重要作用，突出了DNA甲基化在塑造蓮的生態(tài)型分化中扮演的重要角色。 

  研究成果以“Distinct methylome patterns contribute to ecotypic differentiation in the growth of the storage organ of a flowering plant (sacred lotus)”為題在線發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Molecular Ecology》（IF=5.163）。中國(guó)科學(xué)院武漢植物園水生植物生物地理學(xué)學(xué)科組博士畢業(yè)生李會(huì)為第一作者，中國(guó)科學(xué)院武漢植物園水生植物與流域生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室石濤副研究員和陳進(jìn)明研究員為論文共同通訊作者，武漢植物園王青鋒研究員及武漢市園林科學(xué)研究院楊星宇博士參與該研究。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃（XDB31000000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31570220、31870208和31700197）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2019335）的資助。 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/mec.15933 

圖. 蓮兩生態(tài)型地下莖的DNA甲基化差異