竹类植物作为一种特殊的禾草，其笋期的快速生长这一特殊性状备受关注，但以往的研究主要集中在细胞微观结构、转录组、代谢组、蛋白质组、小RNA以及新基因等方面。DNA甲基化作为一种重要的表观遗传修饰，主要参与转座子沉默和基因的表达调控，在植物生长发育中发挥着重要的调控作用。然而，目前尚不清楚DNA甲基化是否影响竹笋的快速生长。

中国科学院昆明植物研究所李德铢与郭振华攻关团队，依托国家重大科技基础设施“中国西南野生生物种质资源库”，以热带木本竹类分支代表竹种芸香竹（Bonia amplexicaulis）为研究对象，在前期基因组测序研究的基础上，开展了DNA甲基化在竹笋快速生长过程中潜在功能的研究。通过野外观察和对组织样品的解剖学研究，将笋期生长分为5个阶段（ST1至ST5）。ST1为生长潜伏期，ST2-ST4为茎秆快速生长的三个阶段，即快速生长的早期、中期和后期，ST5为生长平台期。据此对芸香竹进行了全基因组DNA甲基化测序和转录组测序，获得了其笋期各发育时期的全基因组DNA甲基化谱与基因表达谱。研究发现：（1）芸香竹茎秆快速生长期（ST2-ST4）的CG和CHG甲基化水平显著低于潜伏期（ST1）和平台期（ST5），这可能是DNA去甲基化酶ROS1和DML3高表达造成的；（2）DNA甲基化水平的变化主要发生在基因体区域和基因上下游区域，在ST1和茎秆快速生长阶段（ST2-ST4）之间鉴定出23647个差异甲基化区域（DMRs）。这些DMRs中主要是CG和CHG类型，主要位于基因间区和外显子区；（3）结合转录组分析发现，DMR相关基因富集于生长素和JA信号转导等与植物生长密切相关的通路；（4）CHH甲基化与茎秆的快速生长无关，而是通过在TE区域逐渐积累与茎秆的发育时间密切相关，这种CHH甲基化的逐渐积累与RNA介导的DNA甲基化途径相关基因高表达相关，并鉴定到大约100000个随着发育时间甲基化水平逐渐增加的TEs。该研究揭示了DNA甲基化在调节竹笋快速生长中的重要性，并表明DNA甲基化与木本竹的发育时间或年龄有关，为解析竹类植物笋期快速生长的生物学机制提供了新的视角。

研究成果以Single？base methylome analysis reveals dynamic changes of genome？wide DNA methylation associated with rapid stem growth of woody bamboos为题近日在国际植物学领域期刊planta在线发表。中国科学院昆明植物研究所牛亮仲博士研究生为论文第一作者，李德铢研究员和郭振华研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学院B类先导科技专项（XDB31000000）、云南省科技领军人才计划（2017HA014）、国家自然科学基金（31970355）和中国科学院青年创新促进会（Y201972）项目的支持。

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图1芸香竹笋期生长不同阶段解剖观察及取样策略。a芸香竹的节间生长曲线。b第6节间的采样策略。c ST1-ST5组织的横切面和纵切面。

图2芸香竹基因组DNA甲基化图谱。a芸香竹基因组中长度前12的scaffolds的CG、CHG和CHH甲基化谱及TE和基因的密度。从外环到内环表示不同发育阶段（ST1-ST5）。b ST1-ST5的CG、CHG和CHH序列的平均甲基化水平。c ST1-ST5的CG、CHG和CHH序列的相对比例。