番茄(Solanum lycopersicum)是世界上公认的模式植物,同样也是世界上营养最丰富的的水果和蔬菜。依据育种历史,番茄可以主要分为驯化和改良两个大的阶段。其中樱桃番茄被认为是从野生的醋栗番茄驯化而来,而如今的大果栽培番茄则是经过人类对樱桃番茄改良才培育形成。DNA甲基化作为一种至关重要的表观遗传标记,其在植物的多个方面如胁迫应答和生长发育中起到关键作用。然而植物驯化改良过程对DNA甲基化的影响却鲜有研究,特别是人类育种过程中DNA甲基化对代谢组的作用与选育的关系等方面。因此,本研究系统的剖析DNA甲基化在番茄驯化和改良两个主要的育种阶段对代谢组的调控与作用。为了探究番茄育种历史中DNA甲基化的变化,解析不同地理环境下番茄应对非生物胁迫的代谢途径及其调控网络。本研究从番茄核心种质资源中挑选了96份代表品种进行全基因组亚硫酸盐测序,并产出96.63亿对原始双端测序数据。通过DNA甲基化的位点检测和信号水平鉴定,总体上番茄中CG、CHG和CHH甲基化水平分别为0.8、CP-456773小鼠0.7和小于0.1的。比较驯化和改良过程,共鉴定到8,375个DMRs(Differentially Methylated Region),并且它们主要分布在基因区域。为了深入剖析群体级别DNA甲基化变异的作用,我们进行了转录组和代谢组检测,并结合本实验先前发表的变异组数据进行分析。从不同组学的角度,本研究一共获得三万多个基因的表达矩阵和339种代谢物的相对含量;利用m GWAS(metabolilte-breverse genetic systemased Genome-Wide Association Studies)、m EWAS(metabolite-based Epigenome-wide Association Study)以及me QTL(methylation-based Quantitative Trait Loci)方法,分别鉴定到971、711以及上万个显著的大效应位点;并基于三种关联分析的结果构建了番茄叶片中代谢物-单核苷酸多态性-差异甲基化区域的多组学关联网络,其中包含了265个代谢物,853个SNPs和546个DMRs。本研究为番茄群体表观遗传的研究提供了丰富的基础数据,这些关联分析结果也推动了番茄代谢组学的解析进程。虽然人类选育番茄主要是根据果实的重量决定的,但是不同亚群番茄也受到地理位置分布的影响,例如野生的醋栗番茄更靠近赤道饱受更强的UV-B等胁迫,这些环境条件会对番茄幼苗特别是叶片造成严重的伤害。因此,我们选择叶片组织为对象进行深入分析。我们发现驯化过程中DMR的数量远大于改良过程中的,并且驯化过程中DMR的长度也显著长于改良过程中的。此外还发现番茄群体中有超过20%的DMRs与驯化选择区域相重叠,并且这些DMR在不同的人类选育过程中没有偏好性。这些DMR作用在多个处于人类选育的转录因子附近,例如Sl MYB12,其受到DMR的作用而导致在群体间差异表达,并调控苯丙烷代谢。此外,利用me QTL分析,发现番茄中超过80%的DMRs与SNPs没有明显的关联,而DMRs与相邻的SNPs却具有很强的连锁性。富集分析表明它们主要作用于苯丙氨酸代谢,是番茄植株对抗UVB展现出不同耐受性的缘由之一。为了揭示DNA甲基化在番茄驯化和代谢多样性中的作用,本研究利用m GWAS和m EWAS策略鉴定了13个新型候选基因,重构了多酚代谢网络。通过m EWAS的结果、转录组数据分析和外源添加5′-氮杂胞苷实验,发现高DNA甲基化水平抑制UGT71AV3的转录,进阶抑制番茄山奈酚的糖基化修饰。而UGT73L8可以同时被SNPs和DMRs所捕捉到,通过单倍型以及K-means分析,表明SNP为参考型和DMR为高甲基化水平都可以促进木犀草素7-O-糖苷生物合成。此外,我们还发现DNA甲基化变异在影响代谢物含量上强于SNPs,通过体外酶活实验进一步证明了候选基因的功能。本研究通过多组学手段对番茄育种历史中群体DNA甲基化进行景观式分析。利用全基因组关联分析的策MDV3100研究购买略,对番茄叶片群体代谢多样性进行解析,为番茄培育新的优良品种提供宝贵的资源和指导意见,本研究中的多组学数据也将推进番茄以及其他作物农艺性状改良的研究。