[陳柏仰] 水稻轉殖的代價—關鍵轉殖處理在水稻DNA甲基化與轉錄體留下特定的痕跡
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圖A：轉殖水稻製作過程的兩大步驟：組織培養過程與轉殖過程。 圖B：利用實驗設計檢測九種不同的轉殖處理的組合。 圖C：轉殖處理組合與其影響的基因群之關係圖。 圖D：由各轉殖處理引起的顯著CHH甲基化變異的區域總數。 圖E：具有CHH去甲基化的啟動子與MITE重疊的比例。
在水稻轉殖中，組織培養經常引起體細胞變異 （somaclonal variations），這包括基因體及表觀遺傳基因體的改變，導致無法預期的性狀，這對作物改良來說是一項巨大挑戰。除了組織培養外，水稻轉殖過程中所需要的特定轉殖處理可能會單獨或共同造成體細胞變異，在這個研究中，透過實驗設計，陳柏仰研究室對水稻轉殖過程中所需要的諸多關鍵轉殖處理逐一檢測，以了解其對全基因組DNA甲基化和轉錄體的影響。利用次世代定序及生物統計分析，我們發現特定的轉殖處理組合不僅能啟動與逆境反應相關的基因，還會改變諸多功能特定的基因族群的表現量。然而，除了影響基因表現量外，我們發現這些轉殖處理同時也會對DNA甲基化造成很大的影響，這之中有75%的影響不是來自過去一般認為的組織培養。此外，透過全基因組分析，我們發現這些轉殖處理會一致地造成胞嘧啶特定序列 （CHH）的全面去甲基化，特別是在基因表現量下降且擁有微型倒轉重複轉位子（MITE）的基因啟動子（promoter）上的去甲基化尤其明顯。這項研究結果首次明確地展示了在水稻轉殖過程中各個轉殖處理觸發的影響的特異性，以及其引起DNA甲基化和基因表達之間潛在關聯性。而這些基因表達和DNA甲基化的變化部分解釋了在水稻轉殖過程中觀察到的體細胞變異，也超出了組織培養的影響，可以作為未來作物改良重要的參考資料。
本文第一作者 謝若微為中研院與台大基因體與系統生物學學程博士班學生，論文已刊載於美國植物生物學會期刊《植物生理學》(Plant Physiology)，研究經費來自中央研究院與國家科學及技術委員會專題研究計畫。
論文: Jo-Wei Allison Hsieh, Pearl Chang, Lin-Yun Kuang, Yue-Ie Hsing, Pao-Yang Chen (2023) Rice transformation treatments leave specific epigenome changes beyond tissue culture. Plant Physiology. Jul 3:kiad382. doi: 10.1093/plphys/kiad382. Epub ahead of print. PMID: 37394940.