Climate-responsive DNA methylation is involved in the biosynthesis of lignin in birch

木质素 表观遗传学 DNA甲基化 生物合成 甲基化 非生物成分 转录组 生物化学 基因 生物 次生代谢物 化学 植物 基因表达 生态学
作者
Bowei Chen,Yile Guo,Xu Zhang,Xiaogang Wang,Lesheng Cao,Tianxu Zhang,Zihui Zhang,Wei Zhou,Linan Xie,Jiang Wang,Shanwen Sun,Chuanping Yang,Qingzhu Zhang
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media SA]
卷期号:13 被引量:5
标识
DOI:10.3389/fpls.2022.1090967
摘要

Lignin is one of the most important secondary metabolites and essential to the formation of cell walls. Changes in lignin biosynthesis have been reported to be associated with environmental variations and can influence plant fitness and their adaptation to abiotic stresses. However, the molecular mechanisms underlying this association remain unclear. In this study, we evaluated the relations between the lignin biosynthesis and environmental factors and explored the role of epigenetic modification (DNA methylation) in contributing to these relations if any in natural birch. Significantly negative correlations were observed between the lignin content and temperature ranges. Analyzing the transcriptomes of birches in two habitats with different temperature ranges showed that the expressions of genes and transcription factors (TFs) involving lignin biosynthesis were significantly reduced at higher temperature ranges. Whole-genome bisulfite sequencing revealed that promoter DNA methylation of two NAC-domain TFs, BpNST1/2 and BpSND1 , may be involved in the inhibition of these gene expressions, and thereby reduced the content of lignin. Based on these results we proposed a DNA methylation-mediated lignin biosynthesis model which responds to environmental factors. Overall, this study suggests the possibility of environmental signals to induce epigenetic variations that result in changes in lignin content, which can aid to develop resilient plants to combat ongoing climate changes or to manipulate secondary metabolite biosynthesis for agricultural, medicinal, or industrial values.
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