胚胎發(fā)育是生物生命周期中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，在動植物中存在廣泛的保守性和特異性。動物胚胎發(fā)育過程中存在基因組范圍內(nèi)表觀遺傳修飾的重編程事件，并影響了胚胎發(fā)育的進程。胚胎發(fā)育過程也適用于探究表觀修飾及轉(zhuǎn)錄調(diào)控對細胞命運決定的貢獻。然而，人們對于植物胚發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄及表觀修飾層面變化的了解要滯后于動物，存在一些盲區(qū)。

 

　　基于以上背景，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員肖軍團隊聚焦異源六倍體小麥，構(gòu)建了小麥胚發(fā)育過程的參考表觀基因組，包括多種組蛋白修飾狀態(tài)、染色質(zhì)可及性和時序性的轉(zhuǎn)錄因子-基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該數(shù)據(jù)突出了早期胚發(fā)育過程表觀遺傳修飾重塑在動植物之間的保守性和特異性，尤其是H3K27ac和H3K27me3的重編程過程。在小麥中，激活型修飾H3K27ac和抑制型修飾H3K27me3會依次在受精后的第2天和第4天發(fā)生重排。這與動物早期胚胎發(fā)育過程中的表觀修飾重編程存在區(qū)別。H3K27ac的重排主要發(fā)生在維持花器官形態(tài)的基因上，H3K27me3的重排主要發(fā)生在干細胞龕相關(guān)基因上。隨著胚發(fā)育的進程，H3K27me3丟失，H3K27ac與染色質(zhì)可及性增加，基因組呈現(xiàn)出相對寬松的染色質(zhì)環(huán)境，允許轉(zhuǎn)錄因子自由結(jié)合，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄并決定細胞命運轉(zhuǎn)變，逐漸建立胚的形態(tài)。而在胚成熟過程中，一些組織或器官分化的特征基因上H3K27me3修飾的增加和染色質(zhì)可及性的下降造成了基因順式作用元件位置的染色質(zhì)凝縮，可能阻礙了器官的形態(tài)建成。胚發(fā)育的早期、晚期由H3K27me3修飾和染色質(zhì)可及性主導轉(zhuǎn)錄調(diào)控，中期由H3K27ac和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)主導轉(zhuǎn)錄調(diào)控，這也構(gòu)成了胚“時期特異轉(zhuǎn)錄調(diào)控差異”的模型。

 

　　普通小麥是異源六倍體植物，具有三個亞基因組和高比例的轉(zhuǎn)座子（TE占比>85%）。表觀修飾存在廣泛差異，與亞基因組特異性表達相關(guān)，尤其是抑制性的表觀修飾，如H3K27me3。同時，TE在三聯(lián)體基因調(diào)控區(qū)域的不同插入可能也影響了亞基因組成員的偏好性表達。該研究為小麥胚發(fā)育提供了豐富的數(shù)據(jù)庫資源，有助于合子體激活及胚形態(tài)建成過程重要調(diào)控因子的挖掘和功能解析。

 

　　相關(guān)研究成果以Dynamic chromatin regulatory programs during embryogenesis of hexaploid wheat為題于近日在線發(fā)表在Genome Biology上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金的資助。