Natural patterns of plant epigenetic variation: Understanding the link between DNA methylation and environmental conditions

In den letzten Jahrzehnten haben extreme Wetterereignisse zugenommen, die die Toleranzschwelle von Pflanzen überschreiten und bei vielen Baumarten zu einem Massensterben führen. Außerdem deuten viele Studien darauf hin, dass Bäume aufgrund ihrer Langlebigkeit nicht in der Lage sind, sich schnell genug anzupassen, um mit dem globalen Klimawandel Schritt zu halten. Das Verständnis dafür, wie Bäume auf solche Wetterereignisse und andere Umweltbedingungen (wie biotischen Stress) reagieren, ist daher für Naturschutzmaßnahmen und Waldbewirtschaftungsprogramme von entscheidender Bedeutung. Um mit unvorhersehbaren Umweltbedingungen zurechtzukommen, haben Pflanzen die Fähigkeit entwickelt, ihre Physiologie, Morphologie oder Entwicklung zu verändern, oder anders ausgedrückt, die Fähigkeit, aus einem Genotyp verschiedene Phänotypen hervorzubringen. Diese Fähigkeit wird als phänotypische Plastizität bezeichnet und spielt eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Pflanzen. Es wird angenommen, dass drei Faktoren die phänotypische Variabilität und damit potenziell die Widerstandsfähigkeit von Baumpopulationen erhöhen: intraspezifische genetische Variabilität, (Mikro-)Umweltvariation und epigenetische Variation. In der Tat deutet ein wachsender Teil der Literatur darauf hin, dass epigenetische Variation zur lokalen Anpassung natürlicher Pflanzenpopulationen beitragen könnte. Epigenetische Mechanismen, wie z. B. die DNA-Methylierung, können in der Tat Phänotypen als Reaktion auf Umweltveränderungen schnell verändern. Variationen in der DNA-Methylierung können unter genetischer Kontrolle stehen, stochastisch entstehen oder durch Umweltbedingungen ausgelöst werden. Darüber hinaus können durch epigenetische Variationen hervorgerufene phänotypische Veränderungen über mehrere Generationen hinweg vererbt werden (insbesondere über klonale Generationen hinweg), was darauf schließen lässt, dass Variationen in der DNA-Methylierung zu vererbbaren phänotypischen Variationen und schließlich zur Anpassung beitragen könnten. Obwohl in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt wurden, ist der Zusammenhang zwischen epigenetischer Variation und phänotypischer Variation nach wie vor kaum verstanden.