7月15日，Genome Biology 期刊在線發(fā)表中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所張一婧研究組與南京農(nóng)業(yè)大學張文利研究組等合作完成的研究論文。該工作生成并繪制普通小麥精細的表觀組圖譜，以此為基礎針對性開發(fā)整合計算流程對全基因組順式調(diào)控元件進行了系統(tǒng)的挖掘與鑒定，并初步探索了其作用機制，為小麥基因調(diào)控機制解析研究提供了重要資源。

廣泛種植的六倍體普通小麥具有龐大而復雜的基因組，高質量的普通小麥全基因組序列于2019年初公布，大小約為16 Gb，是人類基因組的5 倍。其中93%是非編碼序列，蘊含著豐富的基因遠端調(diào)控元件。在小麥全基因組水平準確鑒定順式元件并解析其調(diào)控機制，是研究小麥多倍化及馴化過程中基因表達調(diào)控的關鍵步驟。由于表觀修飾在基因調(diào)控過程中發(fā)揮了重要作用，有機整合表觀組信息有助于在全基因組水平精準預測順式調(diào)控區(qū)域。但是，與基因組序列相對簡單的模式生物相比，龐大而復雜的小麥基因組對組學數(shù)據(jù)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)分析及機制解析均帶來巨大挑戰(zhàn)。

合作研究團隊生成并整合數(shù)十套小麥表觀組數(shù)據(jù)，通過開發(fā)和運用針對小麥表觀組數(shù)據(jù)的整合計算方法與分析流程，系統(tǒng)挖掘了小麥的全基因組順式調(diào)控元件并初步探索其作用機制，主要包括以下方面：1）刻畫不同類型調(diào)控元件的表觀修飾組合模式，以此為基礎預測上千個新的順式作用元件，其中包含啟動子和增強子等。通過瞬時轉化實驗進一步證明功能元件預測具有較高的準確度。上述工作鎖定六倍體小麥中1.5%基因組區(qū)域存在活躍的順式元件，為小麥功能基因組研究提供了重要參考信息，極大減少了基因調(diào)控機制研究工作量。2）鑒定增強子與啟動子的特異性序列特征，并揭示二者的差異調(diào)控機制。3）通過對小麥3 套亞基因組的比較揭示了基因調(diào)控的選擇壓力作用于序列和染色質結構兩個層面。

該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金委和教育部的資助。