近日,扬州大学园艺园林学院王莉教授团队在《The Plant Cell》发表题为“Age-dependent epigenetic control of flavonoid metabolism underlies chemical defenses in ancient Ginkgo biloba”的研究论文。该研究以1至1070年不同树龄银杏为材料,系统揭示了古银杏年龄依赖性表观遗传调控类黄酮代谢重编程及化学防御形成的分子机制。
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银杏是地球上最古老的现存树种之一,部分个体树龄可超过千年,但仍能保持较强的生长活性和环境适应能力。长期以来,古树如何在漫长生命过程中维持防御能力和生命韧性,是植物年龄生物学和长寿机制研究中的重要科学问题。黄酮醇等类黄酮化合物在植物抗氧化、信号调控以及抵御生物和非生物胁迫中发挥重要作用,但其在古树长期生存过程中的年龄依赖性变化及调控机制尚不清楚。
该研究发现,随着树龄增加,银杏叶片中黄酮醇含量逐渐下降,而甲基化和异戊烯基化等修饰型黄酮类防御代谢物却在古树中显著积累,并富集于心材等多年生组织中,形成更稳定、持久的化学防御屏障。通过多组学及基因共表达网络分析,研究团队鉴定到MADS-box转录因子GbDAL1是银杏年龄相关黄酮醇代谢调控的关键因子,并揭示了一个由DNA甲基化介导的GbCMT2-GbDAL1-GbMYBF1/GbFLS调控模块。随着树龄增加,DNA甲基转移酶GbCMT2表达降低,导致GbDAL1启动子甲基化水平下降,从而促进GbDAL1表达升高。GbDAL1可直接抑制黄酮醇合成关键基因GbFLS的表达,并抑制转录因子GbMYBF1对黄酮醇生物合成相关基因的激活作用,进而负调控常规黄酮醇生物合成。
该研究将年龄、表观遗传和次生代谢调控连接起来,揭示了银杏年龄依赖性黄酮类化合物代谢变化的分子机制,也为银杏药用资源开发和长寿植物代谢调控研究提供了重要理论依据。
扬州大学博士后陆金凯为论文第一作者,园艺园林学院王莉、刘鹏教授和北德克萨斯大学Richard Dixon为共同通讯作者。
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