Age-dependent epigenetic control of flavonoid metabolism underlies chemical defenses in ancient Ginkgo biloba

生物 表观遗传学 重编程 DNA甲基化 黄酮醇 组蛋白 次生代谢 基因表达调控 基因表达 细胞生物学 调节器 新陈代谢 遗传学 抄写(语言学) 生物化学 转录调控 DNA甲基转移酶 DNA损伤 银杏 甲基转移酶 转录因子 基因 类黄酮 生物发生 脂质代谢 表观基因组 DNA 代谢途径 转录组 甲基化 长寿 类黄酮生物合成 发起人 白藜芦醇 生物合成 DNA修复 衰老 拟南芥 次生代谢物 增强子
作者
Jinkai Lu,Yanbing Jiang,Bang Chang,Tongfei Wang,Shixiong Ren,Xi Zhang,Qingjie Wang,Jiawen Cui,Zhaogeng Lu,Sian Liu,Yadi Chen,Chunxiang Fu,Yingfang Zhu,Biao Jin,Jinxing Lin,Peng Liu,Richard Arthur Dixon,Lı Wang
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:38 (7) 被引量:2
标识
DOI:10.1093/plcell/koag199
摘要

Ancient trees such as Ginkgo biloba exhibit remarkable longevity and sustained physiological vigor despite millennia of environmental stress, yet how aging reprograms their secondary metabolism and chemical defense remains unclear. Here, we investigated age-related epigenetic and metabolic changes across G. biloba individuals aged 1 to 1,070 yr. We identified DEFICIENS AGAMOUS-LIKE 1 (GbDAL1) as a central age-associated regulator of flavonol metabolism. GbDAL1 expression rises progressively with age but is significantly reduced in juvenilized branches; this shift is driven by reduced expression of the DNA methyltransferase chromomethylase2 (GbCMT2), leading to promoter hypomethylation. Restoring GbCMT2 activity reinstates promoter DNA methylation and suppresses GbDAL1 transcription. Functionally, GbDAL1 negatively regulates flavonol biosynthesis by directly repressing the flavonol synthase (GbFLS) gene and inhibiting the transcriptional activity of GbMYBF1, thereby attenuating expression of flavonol pathway genes. Although total flavonol biosynthesis declines with age, metabolite profiling revealed marked accumulation of methylated and prenylated flavonols in ancient trees, suggesting an adaptive metabolic shift toward more stable defensive metabolites. These metabolites, together with diverse terpenoids, phenols and alkaloids, accumulate in the heartwood to form a persistent chemical barrier that supports long-term defense. Collectively, our findings reveal an epigenetically mediated age-metabolite regulatory axis in G. biloba, uncovering a molecular mechanism that links aging to secondary metabolic reprogramming and may contribute to the exceptional longevity and resilience of perennial plants.
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