近日，我院经济林团队在《BMC Plant Biology》在线发表题为“Integrated methylome and transcriptome analysis provides insight into DNA methylation-mediated networks in sexual dimorphism of Vernicia montana”的研究论文。该研究首次对雌雄异株木本油料树种——山桐子（Vernicia montana）的花芽和叶片进行了全基因组DNA甲基化组与转录组的联合分析，系统描绘了DNA甲基化重塑与转录调控协同参与植物性别二态性建立的分子网络，为油桐产业的性别早期鉴定和分子育种提供了重要理论依据。
山桐子是重要的工业用木本油料树种，其油脂是环保涂料、塑料增塑剂、生物柴油等的关键原料。由于油桐性别由ZZ/ZW染色体系统决定，且产量完全依赖于雌株，阐明其性别分化和二态性形成的分子机制，对良种选育具有重大经济价值。尽管前期研究已发现山桐子雌雄花在形态、物候、基因表达和激素水平上差异显著，但DNA甲基化如何参与调控这一过程一直不清楚。研究团队在2024年4月至9月，采集了湖北九峰实验林场的野生山桐子雌雄花芽（涵盖性别决定关键时期）及成熟叶片，分别进行全转录组和全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）。通过整合分析，获得了一系列突破性发现：
第一，雌雄组织呈现截然不同的DNA甲基化模式。相较于叶片，花芽中鉴定到的差异甲基化区域（DMRs）数量显著更多，且雄花芽的CHH类型超甲基化DMRs在重复序列中大量富集，暗示生殖发育比营养生长涉及更活跃的表观遗传重塑。雌花芽的CHG超甲基化则主要富集在基因区，表明雌雄采用了不同的表观调控策略。
第二，鉴定出大量受DNA甲基化潜在调控的性别偏向基因。在花芽中，DNA甲基化介导的雌性偏向基因显著富集于能量供应、防御反应及激素合成途径（如苯丙氨酸/酪氨酸合成、甾醇合成）；而雄性偏向基因则与端粒维持、染色体组织等遗传稳定性过程相关。在叶片中，雌性偏向基因与脂类合成转运有关，雄性偏向基因涉及tRNA/ncRNA代谢。
第三，挖掘到关键启动子DMR介导的转录因子（TFs）。研究特别关注了启动子区甲基化与表达负相关的基因，从中鉴定出19个可能受启动子差异甲基化调控的TFs。其中11个高表达TFs（如FLOWERING TIME REGULATOR 5、VERNALIZATION 1、REM16、MYB35等）在雌雄花芽中呈现显著的性别偏向表达。例如，雌性高表达的RVE6在雌花芽中的表达量约为雄花芽的12倍；而雄性高表达的FRS5、VRN1、FAR1等可能促进雄性提早开花。有趣的是，两个水杨酸响应基因TGAL1的等位基因分别位于Z和W染色体上，且表现出相反的性别偏向表达，这可能与性染色体演化中的性拮抗选择有关。
第四，启动子DMR与激素响应顺式元件重叠。分析发现，部分TF启动子上的DMR恰好覆盖了脱落酸（ABRE）、生长素（AuxRR-core）、赤霉素（GARE-motif）等激素响应元件，提示DNA甲基化可能通过改变这些元件的活性来微调激素信号。
第五，共表达网络揭示核心调控模块。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究者构建了与性别显著相关的模块，并筛选出多个枢纽TFs。其中，上述启动子DMR介导的TFs（如MTB3、NF-YA3、YAB2等）与开花调控因子（如SVP、AGL11、NGA1）及激素信号节点（如MYC2、ABI5、ERF60）形成紧密互作网络。例如，雌偏向的YAB2与乙烯、赤霉素、脱落酸和茉莉酸信号通路中的TFs强烈共表达，表明其可能作为表观遗传与激素信号整合的枢纽，参与花器官发育的性别差异建立。
该研究是首个关于山桐子性别二态性表观转录调控网络的研究。我们的结果支持一个物种特异性的调控框架，即启动子DNA甲基化通过影响关键转录因子的表达和激素响应，进而参与雌雄异株植物性别二态性的形成。尽管这些发现主要基于多组学关联，但它们为后续开展基因编辑、位点特异性甲基化操纵等功能性验证指明了方向。”该研究得到了国家自然科学基金（32401637, 32230073）、湖北省自然科学基金（2024AFB006）等项目的资助。相关RNA-seq和DNA甲基化数据已存储于国家基因组科学数据中心（GSA: CRA029599, CRA032624, CRA056842），可供全球学者共享分析。