近日，生命科學學院張憲省團隊聯合中科院遺傳與發育生物學研究所肖軍研究組在《Nature Plants》雜志在線發表了題為“Uncovering the transcriptional regulatory network involved in boosting wheat regeneration and transformation”的研究論文。中科院遺傳發育所博士生劉雪美，山東農業大學生命科學學院實驗師別曉敏博士，中科院遺傳發育所助理研究員林學磊博士為共同第一作者。中科院遺傳發育所肖軍研究員和山東農業大學張憲省教授為共同通訊作者。

植物的基因功能研究和性狀改良都依賴遺傳轉化，而小麥遺傳轉化比較困難，特別是在生產上推廣的品種轉化效率較低。為了更好地理解小麥的再生過程，探究其中的分子機制，以及挖掘提高小麥轉化效率的新基因，研究團隊通過多組學聯合分析的方式繪制了小麥再生過程的轉錄及表觀修飾動態圖譜，構建了小麥再生的轉錄調控網絡，鑒定出2個能顯著提高小麥遺傳轉化效率的新基因。

研究團隊以遺傳轉化效率較高的小麥品種Fielder為材料，在組織培養不同的時間點取材，進行RNA-seq、ATAC-seq以及CUT&Tag（H3K27me3, H3K27ac, H3K4me3）多組學測序及分析。通過聚類分析發現小麥再生過程中存在著順序的基因表達，并且這種順序的基因表達與染色質可及性高度相關。此外，H3K27me3的減少和H3K4me3的增加對于某些再生的關鍵基因在愈傷組織誘導后期的激活息息相關。基于小麥再生過程中轉錄與染色質可及性的高度相關，研究團隊利用RNA-seq和ATAC-seq數據搭建了一個轉錄調控網絡，該網絡中不同聚類的基因之間存在順序的調控關系。從中鑒定到446個核心轉錄因子，并推測它們可能參與介導小麥遺傳轉化效率的品種差異。通過與擬南芥再生過程的比較分析，發現在愈傷組織早期被激活的轉錄因子家族存在差異。在小麥中最早被激活的為DOF和G2-like家族成員，而在擬南芥中最早被激活的為NAC和LBD家族成員。擬南芥中過表達NAC家族和LBD家族成員都能夠促進再生，在小麥中測試了2個DOF家族的轉錄因子。結果顯示，它們都能顯著提高小麥多個品種的愈傷組織誘導率和遺傳轉化效率。該研究成果對于提升小麥轉化效率或其他作物的轉化效率有重要意義，并有廣泛的應用前景。

圖1. 小麥再生過程的轉錄和表觀調控模型

該研究得到了中科院戰略先導A專項、國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃和山東省自然科學基金重大基礎研究項目的資助。

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