2023年9月，美国佐治亚大学的N. Yao等人在Science发表了题为An evolutionary epigenetic clock in plants的文章，旨在开发一种基于植物表观遗传突变情况以定位植物进化史的技术(表观遗传钟epimutation clock)。
doi : 10.1126/science.adh9443
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表观遗传钟的优势
速度快准确度高适用性广泛02
本研究在七种不同的拟南芥自然品系中创建多代(MA)谱系，通过全基因组重亚硫酸盐测序(WGBS)监测这些谱系中CG位点的表观遗传突变。为验证表观遗传突变积累量作为时间尺度的可行性，进一步计算表观遗传突变积累与分歧时间(divergence time,Dt)的关联性，以期为生物进化历程追溯提供一个时间参考框架。
图1.发现表观遗传时钟的基因组区域
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该研究鉴定了一组在遗传和环境干扰下CG表观遗传突变率保持不变的基因组区域，这些区域在多种遗传背景下均显示出一致的甲基化变化率，被定义为“表观遗传时钟区域”(CS-clock)；与之对比，一些区域表现出高变异系数(CVs)，被定义为“非时钟区域”(non-CS-clock)。
图2.拟南芥品系(A. thaliana MA)的进化历史
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结果表明，CS-clock区域的CG表观遗传突变率不同拟南芥家系及连续世代间保持相对稳定，且与Dt呈线性关系，这种稳定性揭示了这些特定区域作为“表观遗传时钟”的潜力，还彰显了其作为可靠工具在推断植物种群进化历史方面的独特价值。
图3.拟南芥品系(A. thaliana MA)北美种质的进化历史
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该研究进利用表观遗传时钟对七种拟南芥品系的进化关系进行了重建和年代界定，结果与传统遗传标记一致但在时间线追溯上展现出更高的精确度。学者们还将表观遗传时钟应用到克隆繁殖植物——海草(Zostera marina)上，重现了不同世代之间的进化历史，证明表观遗传时钟能扩展到其他植物物种，为进化生物学和生态学之间的研究开辟了新途径。
图4.海草(Z. marina)品系试验的进化历史
该研究提出并验证了一种基于DNA甲基化的进化表观遗传钟，展示了其在物种内浅系谱重建和年代界定中的潜力和价值。该研究丰富了我们对植物进化机制理解的同时也为生物遗传学进一步研究提供了重要的理论基础和实践工具，对于理解植物种群的遗传结构、进化历史和适应性演化具有重要意义。
doi :10.1126/science.adh9443
