تغییرپذیری اپی‌ژنتیکی بین اکشن‌های زعفران مشخص شده با فنوتیپ‌های مختلف

این مطالعه اولین پژوهش اپی‌ژنومی است که بر روی زعفران انجام شده است. پنج نمونه زعفران که تفاوت‌هایی در رنگ گلبرگ‌ها، میزان تولید زعفران و زمان گل‌دهی نشان می‌دادند، از نظر اپی‌ژنتیکی با استفاده از روش برش آنزیمی حساس به متیلاسیون و توالی‌یابی (MRE-seq) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. پنج هیپومتیلو‌م خاص نمونه‌ها به علاوه یک هیپومتیلو‌م مرجع که با ترکیب داده‌های توالی نمونه‌های منفرد ایجاد شده بود، به دست آمد.

توالی‌های مونتاژ شده در مقابل پایگاه‌های داده آنلاین موجود حاشیه‌نویسی شدند. در غیاب ژنوم کروکوس، ژنوم برنج عمدتاً به عنوان مرجع استفاده شد زیرا بهترین ژنوم حاشیه‌نویسی‌شده در بین گیاهان تک‌لپه‌ای به شمار می‌رود. مقایسه هیپومتیلو‌م‌ها نواحی متفاوت متیلاسیون زیادی را نشان داد که تنوع اپی‌ژنتیکی بالای موجود در میان نمونه‌های زعفران را تأیید می‌کند، از جمله توالی‌هایی که پروتئین‌هایی را رمزگذاری می‌کنند و می‌توانند نامزدهای خوبی برای توضیح فنوتیپ‌های جایگزین نمونه‌ها باشند.به‌ویژه، فاکتورهای رونویسی دخیل در فرآیند گل‌دهی (MADS-box و TFL) و تولید رنگدانه‌ها (MYB) شناسایی شدند.

در نهایت، با مقایسه توالی‌های تولید شده از دسترسی‌های مختلف، تعداد بالایی از SNPها شناسایی شد که احتمالاً به دلیل تکثیر طولانی مدت در مرحله رویشی به وجود آمده‌اند و نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی به‌طور شگفت‌آوری بالا هستند. آنالیز هستی‌شناسی ژن‌ها (GO) انجام شد تا پلی‌مورفیسم‌های توالی که در داخل GOها قرار دارند، نقشه‌برداری و تجسم شوند و توزیع آنها در بین دسترسی‌های مختلف مقایسه گردد. همچنین، علاوه بر اینکه امکان وجود فنوتیپ‌های جایگزین با پایه ژنتیکی را پیشنهاد می‌دهد، تفاوت واضحی در GOهای پلی‌مورفیک بین دسترسی‌ها بر اساس منشأ جغرافیایی آن‌ها وجود دارد که احتمال حضور اثر انتخاب در دسترسی هندی را در مقایسه با دسترسی‌های اسپانیایی تأیید می‌کند.

“This work represents the first epigenomic study carried out on saffron crocus. Five accessions of saffron, showing differences in tepal pigmentation, yield of saffron and flowering time, were analyzed at the epigenetic level by applying a methylation sensitive restriction enzyme-sequencing (MRE-seq) approach. Five accession-specific hypomethylomes plus a reference hypomethylome, generated by combining the sequence data from the single accessions, were obtained.

Assembled sequences were annotated against existing online databases. In the absence of the Crocus genome, the rice genome was mainly used as the reference as it is the best annotated genome among monocot plants. Comparison of the hypomethylomes revealed many differentially methylated regions, confirming the high epigenetic variability present among saffron accessions, including sequences encoding for proteins that could be good candidates to explain the accessions’ alternative phenotypes. In particular, transcription factors involved in flowering process (MADS-box and TFL) and for the production of pigments (MYB) were detected.

Finally, by comparing the generated sequences of the different accessions, a high number of SNPs, likely having arisen as a consequence of the prolonged vegetative propagation, were detected, demonstrating surprisingly high genetic variability. Gene ontology (GO) was performed to map and visualize sequence polymorphisms located within the GOs and to compare their distributions among different accessions. As well as suggesting the possible existence of alternative phenotypes with a genetic basis, a clear difference in polymorphic GO is present among accessions based on their geographic origin, supporting a possible signature of selection in the Indian accession with respect to the Spanish ones.”