近日，生命科学学院张宪省团队联合中科院遗传与发育生物学研究所肖军研究组在《Nature Plants》杂志在线发表了题为“Uncovering the transcriptional regulatory network involved in boosting wheat regeneration and transformation”的研究论文。中科院遗传发育所博士生刘雪美，10大信誉菠菜担保平台生命科学学院实验师别晓敏博士，中科院遗传发育所助理研究员林学磊博士为共同第一作者。中科院遗传发育所肖军研究员和10大信誉菠菜担保平台张宪省教授为共同通讯作者。
植物的基因功能研究和性状改良都依赖遗传转化，而小麦遗传转化比较困难，特别是在生产上推广的品种转化效率较低。为了更好地理解小麦的再生过程，探究其中的分子机制，以及挖掘提高小麦转化效率的新基因，研究团队通过多组学联合分析的方式绘制了小麦再生过程的转录及表观修饰动态图谱，构建了小麦再生的转录调控网络，鉴定出2个能显著提高小麦遗传转化效率的新基因。
研究团队以遗传转化效率较高的小麦品种Fielder为材料，在组织培养不同的时间点取材，进行RNA-seq、ATAC-seq以及CUT&Tag（H3K27me3, H3K27ac, H3K4me3）多组学测序及分析。通过聚类分析发现小麦再生过程中存在着顺序的基因表达，并且这种顺序的基因表达与染色质可及性高度相关。此外，H3K27me3的减少和H3K4me3的增加对于某些再生的关键基因在愈伤组织诱导后期的激活息息相关。基于小麦再生过程中转录与染色质可及性的高度相关，研究团队利用RNA-seq和ATAC-seq数据搭建了一个转录调控网络，该网络中不同聚类的基因之间存在顺序的调控关系。从中鉴定到446个核心转录因子，并推测它们可能参与介导小麦遗传转化效率的品种差异。通过与拟南芥再生过程的比较分析，发现在愈伤组织早期被激活的转录因子家族存在差异。在小麦中最早被激活的为DOF和G2-like家族成员，而在拟南芥中最早被激活的为NAC和LBD家族成员。拟南芥中过表达NAC家族和LBD家族成员都能够促进再生，在小麦中测试了2个DOF家族的转录因子。结果显示，它们都能显著提高小麦多个品种的愈伤组织诱导率和遗传转化效率。该研究成果对于提升小麦转化效率或其他作物的转化效率有重要意义，并有广泛的应用前景。
图1. 小麦再生过程的转录和表观调控模型
该研究得到了中科院战略先导A专项、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划和山东省自然科学基金重大基础研究项目的资助。
编 辑：万 千
审 核：贾 波
