近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張?zhí)炱鎴F(tuán)隊(duì)在The Plant Journal在線(xiàn)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(guò)建立細(xì)胞核分離技術(shù)體系，系統(tǒng)解析了果實(shí)發(fā)育進(jìn)程中的可及染色質(zhì)區(qū)域（cis-ACRs），為果實(shí)功能元件的發(fā)掘和分子設(shè)計(jì)育種提供了重要理論依據(jù)。

團(tuán)隊(duì)利用建立的ATAC-seq技術(shù)體系，對(duì)栽培番茄從開(kāi)花前7天至授粉后10天6個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段果實(shí)進(jìn)行測(cè)序（圖1a、b），cis-ACRs在果實(shí)發(fā)育早期、授粉期和授粉后表現(xiàn)出顯著的可及性差異（圖1c），分析顯示cis-ACRs廣泛參與番茄的發(fā)育調(diào)控（圖1d、e），表明cis-ACRs的系統(tǒng)發(fā)掘?yàn)榻馕龇压麑?shí)發(fā)育調(diào)控的分子機(jī)制提供了關(guān)鍵線(xiàn)索。

圖1  栽培番茄在6個(gè)發(fā)育時(shí)期ATAC-seq染色質(zhì)可及性分析

研究發(fā)現(xiàn)，超60%的基因座位含有多個(gè)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(shì)。結(jié)合煙草瞬時(shí)表達(dá)、RNA-seq和原位雜交等實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)cis-ACRs的動(dòng)態(tài)變化與相關(guān)基因的表達(dá)趨勢(shì)存在一致性，為解析基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制提供了重要依據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)野生番茄對(duì)應(yīng)的6個(gè)發(fā)育時(shí)期果實(shí)進(jìn)行了ATAC-seq，并與栽培番茄進(jìn)行聯(lián)合分析。結(jié)果顯示，栽培番茄中特有的cis-ACRs類(lèi)群中近20%與結(jié)構(gòu)變異（SV）重疊（圖2a、b、c），包括SlFUL2、SlOFP2等功能基因（圖2d、e）。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(diǎn)，從而改變基因表達(dá)水平，這為解析作物馴化過(guò)程中性狀形成機(jī)制提供了新視角。

圖2 野生番茄和栽培番茄cis-ACRs與結(jié)構(gòu)變異分析

研究利用基因編輯對(duì)鑒定到的部分cis-ACRs進(jìn)行功能研究，發(fā)現(xiàn)MBP3內(nèi)含子中cis-ACR Sl_47597的敲除導(dǎo)致果重降低、果形變長(zhǎng)且可溶性固形物含量增加，煙草LUC實(shí)驗(yàn)和基因表達(dá)檢測(cè)顯示Sl_47597的缺失降低了MBP3的表達(dá)水平，揭示了MBP3在果實(shí)發(fā)育中的多重功能，也凸顯了cis-ACR在分子設(shè)計(jì)育種和新種質(zhì)創(chuàng)制中的應(yīng)用潛力。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)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(xué)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(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、江蘇省雙創(chuàng)博士和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃?等項(xiàng)目資助。

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