Science：时间侵蚀了植物的“分子记忆”——衰老导致器官DNA甲基化程序性丢失

植物显示出广泛的寿命和衰老速度。虽然DNA甲基化的动态变化是哺乳动物衰老的标志，但尚不清楚类似的分子标记是否反映了植物的衰老速度和生物体寿命。

2026年1月29日，美国加州大学伯克利分校Ben P. Williams团队在Science在线发表题为“Aging drives a program of DNA methylation decay in plant organs”的研究论文。该研究表明衰老驱动植物器官中的DNA甲基化衰退程序。

该研究表明，短命模式植物拟南芥的抑制性染色质经历了一种表观遗传衰变模式，类似于人类和哺乳动物衰老以及癌症中积累的DNA甲基化损失。进一步证明，表观遗传衰退的速率可以通过改变生长条件和植物衰老途径的遗传操作来调节，并且转录抑制机制是年龄相关的DNA甲基化损失的基础。

衰老是一个复杂的多因素生物过程，在整个生命之树中都可以观察到。在过去的一个世纪里，在识别哺乳动物衰老的驱动因素及其特征方面取得了前所未有的进展。然而，很少有人关注植物老化领域——这是一个与动物完全不同的复杂过程。尽管存在概念上的争议，植物衰老通常是指随着时间的推移，单个植物及其组成细胞和器官的功能衰退。

胞嘧啶DNA甲基化是一种动态的、可遗传的表观遗传标记，对植物和动物的各种生物过程至关重要。CGs亚群中的DNA甲基化变化已经成为一种主要的衰老生物标志物(称为“表观遗传时钟”)，用于准确估计人类和其他几种哺乳动物的生物学年龄。哺乳动物表观遗传衰老时钟捕捉CpG岛内CG甲基化(mCG)的年龄相关增益以及异染色质内DNA甲基化损失。目前，在缺乏CpG岛的植物中，衰老和DNA甲基化动力学之间的关系在很大程度上是未知的。

植物表观遗传老化动力学（图源自Science ）

与哺乳动物不同，在哺乳动物中，DNA甲基化主要发生在对称的CG二核苷酸上，植物也催化所有序列环境中的胞嘧啶甲基化(CG、CHG和CHH环境，其中H = A、T或C) 。尽管存在这些差异，许多主要的DNA甲基化维持机制在植物和动物之间是高度保守的，并且可能在所有真核生物的共同祖先处进化。

在这项工作中，研究人员表明，短命的模式植物拟南芥在衰老过程中表现出表观遗传完整性的丧失，这导致DNA甲基化衰退和转座因子的表达。研究表明，表观遗传老化的速度可以通过延长或缩短寿命来控制，并且茎顶端分生组织受到保护免受这些表观遗传变化的影响。该研究证明了转录抑制程序抑制衰老过程中的DNA甲基化维持途径，并且该程序的突变体显示出完全没有表观遗传衰退，而物理衰老不受影响。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu2392