近日，南京農(nóng)業(yè)大學張?zhí)炱鎴F隊在The Plant Journal在線發(fā)表了題為Chromatin accessibility analysis reveals functional cis-regulatory regions related to fruit development and domestication in tomato的研究論文。該研究通過建立細胞核分離技術(shù)體系，系統(tǒng)解析了果實發(fā)育進程中的可及染色質(zhì)區(qū)域（cis-ACRs），為果實功能元件的發(fā)掘和分子設計育種提供了重要理論依據(jù)。

 

　　團隊利用建立的ATAC-seq技術(shù)體系，對栽培番茄從開花前7天至授粉后10天6個關(guān)鍵發(fā)育階段果實進行測序，cis-ACRs在果實發(fā)育早期、授粉期和授粉后表現(xiàn)出顯著的可及性差異，分析顯示cis-ACRs廣泛參與番茄的發(fā)育調(diào)控，表明cis-ACRs的系統(tǒng)發(fā)掘為解析番茄果實發(fā)育調(diào)控的分子機制提供了關(guān)鍵線索。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，超60%的基因座位含有多個cis-ACRs，這些元件在不同發(fā)育階段呈現(xiàn)同步或非同步變化的趨勢。結(jié)合煙草瞬時表達、RNA-seq和原位雜交等實驗，研究發(fā)現(xiàn)cis-ACRs的動態(tài)變化與相關(guān)基因的表達趨勢存在一致性，為解析基因表達調(diào)控的分子機制提供了重要依據(jù)。

 

　　研究團隊對野生番茄對應的6個發(fā)育時期果實進行了ATAC-seq，并與栽培番茄進行聯(lián)合分析。結(jié)果顯示，栽培番茄中特有的cis-ACRs類群中近20%與結(jié)構(gòu)變異（SV）重疊，包括SlFUL2、SlOFP2等功能基因。研究分析表明，SV造成的序列差異可能影響轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，從而改變基因表達水平，這為解析作物馴化過程中性狀形成機制提供了新視角。

 

　　研究利用基因編輯對鑒定到的部分cis-ACRs進行功能研究，發(fā)現(xiàn)MBP3內(nèi)含子中cis-ACR Sl_47597的敲除導致果重降低、果形變長且可溶性固形物含量增加，煙草LUC實驗和基因表達檢測顯示Sl_47597的缺失降低了MBP3的表達水平，揭示了MBP3在果實發(fā)育中的多重功能，也凸顯了cis-ACR在分子設計育種和新種質(zhì)創(chuàng)制中的應用潛力。

 

　　南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院青年教師程穎娟和研究生張瑜為共同第一作者，張?zhí)炱娼淌诤统谭f娟為共同通訊作者，鐘山青年研究員常忠原、蔣芳玲教授、吳震教授、薛佳宇副教授以及上海市農(nóng)業(yè)科學院張迎迎研究員等參與了該研究。研究得到江蘇省自然科學基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務費、江蘇省雙創(chuàng)博士和國家重點研發(fā)計劃等項目資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.70416