走进科学
在植物中发现的表观遗传时钟可以精确地测量年和进化
表观遗传学是研究环境因素和生活经历如何改变基因表达而不改变DNA序列的学科。表观遗传变化可以影响代谢、应激反应和衰老等特征。
在人类和其他哺乳动物中，表观遗传变化随着时间的推移积累，并可用于估计个体的年龄。这些估计是基于表观遗传时钟，这是一种数学模型，用于测量DNA甲基化水平，即影响基因活性的化学修饰，在基因组的特定位点上。
表观遗传时钟已广泛用作人类和其他动物中衰老和健康的生物标志物，但它们在植物中的存在和实用性一直不为人所知。
一支国际研究团队发现，表观遗传时钟不仅存在于植物中，而且在许多代中保持准确运行。在发表于《科学》杂志的一项新研究中，该团队描述了这个时钟如何以几十年到几个世纪的时间精确计时，这是传统基于DNA突变的时钟无法达到的准确度。
这项研究为一些难以解决的微观进化问题提供了新的见解，例如入侵物种的引入时间以及现代工业化出现以来人类活动的后果。
植物中的表观遗传时钟如何工作
研究人员首次在研究一棵300年历史的杨树时发现了植物中的表观遗传时钟。
他们分析了树的不同枝条上的DNA甲基化模式，并发现它们与枝条的年龄相关，而枝条的年龄是通过数树环来确定的。他们能够估计出一条枝条的年龄，而仅仅使用DNA甲基化数据是无法做到的。
然后，研究团队测试了表观遗传时钟是否也适用于其他具有不同繁殖方式的植物物种。他们关注了两个模式生物：拟南芥，一种自花授粉的芥菜科植物，以及大叶藻，一种通过产生基因完全相同的复制体来繁殖的克隆海草。
他们收集了这些物种的自然种群样本，并测量了它们的DNA甲基化水平。研究发现，表观遗传时钟可以准确估计种内系统发育或进化树的分歧时间，这反映了物种内不同谱系之间的历史关系。
研究人员使用已知谱系的拟南芥实验进化种群进一步验证了他们的发现。这些植物通过单子代种子繁殖，从野生型暴露在不同环境中或来自不同地理起源的自然品系连续种植了多达32代。
研究人员确定了一组表观突变，即DNA甲基化的随机变化，独立于DNA突变，并且具有“时钟样”特征，可以用于估计谱系的时间。
表观遗传时钟对植物进化的重要性
在植物中发现表观遗传时钟对于理解植物进化和生态学具有重要意义。表观遗传时钟可以提供一种新的工具，用于确定仅通过DNA突变难以推断的进化事件的时间，例如物种形成、杂交、殖民和适应。
它还可以揭示人类活动如农业、城市化和气候变化如何随时间影响植物的多样性和分布。它还可能对植物的适应性和适应有功能性影响。
表观遗传变化可以影响基因表达和表型变异，从而影响生长速率、应激耐受性、开花时间和抗病性等特征。它还可以通过代际遗传或通过嫁接或水平基因转移在个体之间传递。
因此，表观遗传时钟可能不仅反映植物的年龄，还反映其进化潜力和历史。研究人员希望他们的研究能够促进对植物和其他生物中表观遗传时钟的进一步研究。他们还建议将表观遗传时钟与其他分子标记和方法结合起来，以提供更全面的进化历史和动态的图景。
本文译自 Nature World News，由 BALI 编辑发布。