ロブロイリーマツ（Pinus taeda）におけるDNAメチル化に基づくエピジェネティック年齢予測因子の開発

Development of DNA methylation-based epigenetic age predictors in loblolly pine (Pinus taeda).

抄録

生物学的加齢は、生態学的スケールにおける生活史の変化と関連しており、加齢に伴う生物機能の低下についての基本的な理解に役立つ。DNAメチル化動態の変化は生物学的加齢の保存された側面であり、最近では脊椎動物の種間で年代を予測するためのモデル化が行われている。個体年齢の推定に有用であることに加え、エピジェネティック加齢の加速あるいは減速により、年代と予測年齢の間に差が生じ、これらの不一致は疾患リスクや複数の生活史形質に関連している。DNAメチル化のパターンが植物の加齢を説明できることを示唆する証拠はあるが、エピジェネティックな時計を用いた予測はまだ行われていない。ここでは、ロブロイリーマツ（Pinus taeda）のCpG、CHG、CHHメチル化コンテクストにわたるDNAメチロームを解析し、この種の最大寿命の6％以内の年齢を予測できるエピジェネティッククロックを構築した。CHH-メチル化のパターンは年齢とほとんど関連しなかったが、CpGとCHG-メチル化の両コンテキストは加齢と強く関連しており、その大部分は年齢とともに低メチル化された。加齢に関連する遺伝子座の中には、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、NADHデヒドロゲナーゼ、18Sおよび26SリボソームRNA遺伝子に近接した遺伝子座があった。本研究は、植物における最初のエピジェネティック・クロックの一つであり、加齢に伴うDNAメチル化ダイナミクスの普遍性を示すものである。

Biological ageing is connected to life history variation across ecological scales and informs a basic understanding of age-related declines in organismal function. Altered DNA methylation dynamics are a conserved aspect of biological ageing and have recently been modelled to predict chronological age among vertebrate species. In addition to their utility in estimating individual age, differences between chronological and predicted ages arise due to acceleration or deceleration of epigenetic ageing, and these discrepancies are linked to disease risk and multiple life history traits. Although evidence suggests that patterns of DNA methylation can describe ageing in plants, predictions with epigenetic clocks have yet to be performed. Here, we resolve the DNA methylome across CpG, CHG, and CHH-methylation contexts in the loblolly pine tree (Pinus taeda) and construct epigenetic clocks capable of predicting ages in this species within 6% of its maximum lifespan. Although patterns of CHH-methylation showed little association with age, both CpG and CHG-methylation contexts were strongly associated with ageing, largely becoming hypomethylated with age. Among age-associated loci were those in close proximity to malate dehydrogenase, NADH dehydrogenase, and 18S and 26S ribosomal RNA genes. This study reports one of the first epigenetic clocks in plants and demonstrates the universality of age-associated DNA methylation dynamics which can inform conservation and management practices, as well as our ecological and evolutionary understanding of biological ageing in plants.