Das Verständnis der Pflanzenregeneration auf molekularer Ebene ist entscheidend für Fortschritte bei der genetischen Transformation und Genomeditierung. Frühere Studien haben die Bedeutung der DNA-Methylierung in Modellorganismen unterstrichen, doch die spezifischen Mechanismen in Holzpflanzen wie der Hybridpappel bleiben weitgehend unerforscht. Aufgrund dieser Herausforderungen ist es unerlässlich, die Regenerationsmechanismen von Bäumen eingehend zu erforschen.
Das State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding der Nanjing Forestry University leitete eine neue Studie, veröffentlicht In Gartenbauforschung am 24. Januar 2024. Diese Forschung befasste sich mit allelspezifischer DNA-Methylierung und Genexpression während der Sprossorganogenese in hybriden Pappelgewebekulturen und brachte signifikante epigenetische Dynamiken ans Licht.
Anhand einer Hybridpappel zwischen verschiedenen Arten (Populus alba × P. glandulosa cv. 84 K) untersuchte das Forschungsteam die DNA-Methylierungslandschaft während der Sprossorganogenese akribisch. Dabei entdeckten sie einen deutlichen Rückgang der DNA-Methylierungsniveaus im gesamten Genom während der direkten und indirekten Sprossregenerationsphasen.
Insbesondere stellte die Studie fest, dass nicht exprimierte Gene im Vergleich zu exprimierten Genen hypermethyliert waren, wobei 75 % der Gene eine negative Korrelation zwischen DNA-Methylierung im CG-Kontext und Genexpression aufwiesen. Die Analyse unterstrich auch die Stabilität allelspezifischer DNA-Methylierungsbereiche (ASMRs) und ihre begrenzte Verschiebung während des Regenerationsprozesses.
Diese Erkenntnisse lassen darauf schließen, dass die epigenetische Regulierung bei der Hybridpappel innerhalb ihrer beiden Subgenome relativ unabhängig ist und durch cis-wirkende genomische und epigenomische Variationen beeinflusst wird.
Dr. Liang-Jiao Xue, der leitende Forscher, bemerkte: „Unsere Studie deckt die bedeutende Rolle der allelspezifischen DNA-Methylierung bei der Regulierung der Genexpression während der Pflanzenregeneration auf. Diese Erkenntnis ist von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung von Gewebekulturtechniken und der Effizienz der genetischen Transformation bei Holzpflanzen.“
Die Erkenntnisse dieser Studie haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Forst- und Landwirtschaft. Durch die Aufklärung der epigenetischen Mechanismen bei Hybridpappeln können Forscher Gewebekulturmethoden verbessern, was zu einer effizienteren Züchtung und genetischen Verbesserung von Bäumen führt.
Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten, epigenetische Modifikationen wirksam einzusetzen, um die Regenerationsfähigkeit widerspenstiger Baumarten zu verbessern und so letztlich zu einer nachhaltigen Forstwirtschaft und einer gesteigerten Biomasseproduktion beizutragen.
Mehr Informationen:
Ying Guo et al., Allelspezifische DNA-Methylierung und Genexpression während der Sprossorganogenese in der Gewebekultur der Hybridpappel, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae027