近日，以北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院/濰坊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)山東省實(shí)驗(yàn)室薛彥研究員為第一作者，與來自國內(nèi)外30余家單位的超過50名表觀遺傳領(lǐng)域的專家學(xué)者合作在Science China Life Sciences?雜志發(fā)表了題為Epigenetics in the modern era of crop improvements?的綜述論文。
表觀遺傳修飾是一種重要的基因表達(dá)調(diào)控方式，參與影響了生物體生長和發(fā)育的方方面面。在植物中，表觀遺傳調(diào)控也是介導(dǎo)植物響應(yīng)環(huán)境條件變化的重要機(jī)制。近20年來，伴隨生物技術(shù)手段的日新月異，我們對于表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知也取得了巨大進(jìn)展。從早先的DNA和組蛋白修飾，到相對近期的RNA修飾和染色質(zhì)空間結(jié)構(gòu)等方面，以及這些不同表觀調(diào)控系統(tǒng)之間的互作影響，表觀遺傳領(lǐng)域的知識體系變得更加復(fù)雜和交織。
圖1. DNA甲基化在植物生殖生長中的變化。上圖為雌配子體，下圖為雄配子體該綜述首先系統(tǒng)和全面地總結(jié)了過去20年植物表觀遺傳領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果，內(nèi)容涵蓋了DNA甲基化（圖1）、組蛋白修飾（圖2）、組蛋白變體、染色質(zhì)重塑因子、非編碼RNA、RNA加工與修飾、染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)等幾乎所有表觀遺傳涉及的重要分支領(lǐng)域。相關(guān)領(lǐng)域的撰寫分別由長期從事相關(guān)研究的專家具體負(fù)責(zé)。
圖2. 組蛋白修飾調(diào)控FT和FLC基因表達(dá)，進(jìn)而影響植物開花。A，F(xiàn)T的表達(dá)調(diào)控；B和C，F(xiàn)LC的表達(dá)調(diào)控此外，伴隨著技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)問題的深入，表觀遺傳的研究對象由早期的模式植物擬南芥逐漸拓展到水稻、玉米、小麥等主糧作物，以及更多有獨(dú)特農(nóng)藝性狀和重要經(jīng)濟(jì)價值的小眾作物。因此該綜述還主要關(guān)注表觀遺傳調(diào)控在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，分類總結(jié)了表觀遺傳對作物發(fā)育及環(huán)境適應(yīng)性的影響，幾乎涵蓋了所有關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，具體包括：配子和胚胎發(fā)育、春化與開花、株型調(diào)控、植物再生、果實(shí)發(fā)育、抗病（圖3，4）、結(jié)瘤固氮、多種非生物脅迫響應(yīng)，以及雜種優(yōu)勢的形成機(jī)制（圖5）等。
圖3. 植物抗病的表觀遺傳調(diào)控。A，DNA甲基化和轉(zhuǎn)座子對植物抗病基因的調(diào)控；B，染色質(zhì)重塑復(fù)合體介導(dǎo)的植物抗病反應(yīng)；C，組蛋白乙酰化修飾調(diào)控植物抗??；D，表觀遺傳調(diào)控植物的防御啟動以及抗病記憶
圖4. 小分子RNA介導(dǎo)的植物抗?。ú《静∨c非病毒?。╉憫?yīng)
圖5. 作物雜種優(yōu)勢形成的表觀遺傳基礎(chǔ)及潛在調(diào)控機(jī)制最后，該綜述還對表觀遺傳改造的分子和分析工具（圖6）進(jìn)行了介紹，并對該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向和重要問題進(jìn)行了展望。該綜述不僅方便植物學(xué)研究人員搭建表觀遺傳在作物育種中的基礎(chǔ)知識框架，也期待能為作物育種家從表觀遺傳角度開展相關(guān)工作提供新的思路和有益借鑒。
圖6. 植物表觀遺傳改造的分子工具附 通訊作者：薛彥（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）、曹曉風(fēng)（中科院遺傳發(fā)育所）、陳香嵩（武漢大學(xué)）、鄧嫻（中科院遺傳發(fā)育所）、鄧興旺（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）、丁勇（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）、董愛武（復(fù)旦大學(xué)）、段成國（中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心）、方曉峰（清華大學(xué)）、宮磊（東北師范大學(xué)）、鞏志忠（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）、谷曉峰（中國農(nóng)科院生物技術(shù)所）、何崇圣（湖南大學(xué)）、何航（北京大學(xué)）、赫圣博（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)）、何新建（北京生命科學(xué)研究所）、賀巖（中科院遺傳發(fā)育所）、何躍輝（北京大學(xué)）、賈桂芳（北京大學(xué)）、姜丹華（中科院遺傳發(fā)育所）、蔣建軍（河南大學(xué)）、賴錦勝（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）、郎曌博（南方科技大學(xué)）、李陳龍（中山大學(xué)）、李青（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）、李興旺（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）、劉寶（東北師范大學(xué)）、劉兵（復(fù)旦大學(xué)）、羅曉（北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院）、戚益軍（清華大學(xué)）、錢偉強(qiáng)（北京大學(xué)）、任國棟（復(fù)旦大學(xué)）、宋慶鑫（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、宋顯偉（中科院遺傳發(fā)育所）、田志喜（中科院遺傳發(fā)育所）、王佳偉（中科院植物生理生態(tài)所）、王園（中科院遺傳發(fā)育所）、武亮（浙江大學(xué)）、吳柘（南方科技大學(xué)）、夏瑞（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)）、肖軍（中科院遺傳發(fā)育所）、徐麟（中科院植物生理生態(tài)所）、徐正一（東北師范大學(xué)）、鄢文豪（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）、楊紅春（武漢大學(xué)）、翟繼先（南方科技大學(xué)）、張一婧（復(fù)旦大學(xué)）、趙玉勝（中科院遺傳發(fā)育所）、鐘雪花（Washington University in St. Louis）、周道繡（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）、周明（浙江大學(xué)）、周岳（北京大學(xué)）、朱博（四川師范大學(xué)）、朱健康（南方科技大學(xué)）、劉啟昆（北京大學(xué)）文章鏈接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-024-2784-3
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