封面论文 | 福建农林大学朱方捷/肖嘉靖揭示CHH甲基化可正调控珍珠粟基因表达

摘要：珍珠粟（Pearl millet, Pennisetum glaucum）为高光效、耐贫瘠、耐高温、耐干旱的C4作物，作为世界第6大主粮，其保障着非洲、印度及南亚等干旱、半干旱地区的粮食供给。同时，珍珠粟为二倍体，其基因组复杂性低、育性良好、可进行遗传操作，因

珍珠粟（Pearl millet, Pennisetum glaucum）为高光效、耐贫瘠、耐高温、耐干旱的C4作物，作为世界第6大主粮，其保障着非洲、印度及南亚等干旱、半干旱地区的粮食供给。同时，珍珠粟为二倍体，其基因组复杂性低、育性良好、可进行遗传操作，因此其作为狼尾草属菌草/牧草/能源草的模式植物，在理论研究中也具有重要意义。阐明珍珠粟基因表达的调控机制，鉴定关键基因组功能位点，对于珍珠粟种质创新及高产、高抗新品种的精准选育具有重要意义。

近日，福建农林大学生命科学学院博士研究生罗琳（现浙江大学博士后）作为第一作者在aBIOTECH（生物技术通报）发表了题为“Epigenetic maps of pearl millet reveal a prominent role for CHH methylation in regulating tissue-specific gene expression”（珍珠粟表观基因组图谱揭示CHH甲基化非经典表达调控机制）的研究论文，该研究绘制了珍珠粟2种组织4种表观遗传修饰的全基因组图谱，结果表明CHH甲基化与染色质可及性在组织特异性基因调控中起核心作用。

1. 组蛋白修饰与染色质可及性的组织特异性调控

研究利用ATAC-seq、WGBS、ChIP-seq和RNA-seq比较珍珠粟根（RO）与幼穗（YP），发现两组织在基因表达和表观特征分布上差异显著。根组织中，特异可及区域（DAR）主要富集于茉莉酸（JA）信号通路，且WRKY转录因子可能在根发育和抗性中发挥重要作用；而幼穗特异性表达基因则与H3K4me3修饰及ACR协同调控密切相关。

图1. 珍珠粟根（RO）与幼穗（YP）的表观修饰图谱，含ATAC-seq、WGBS、ChIP-seq、RNA-seq数据。

2. CHH甲基化的非经典表达调控

在根与幼穗中共鉴定出25,141个差异甲基化区（DMR），其中CHH甲基化差异最显著。根组织启动子区CHH甲基化水平明显高于幼穗，并与高表达基因正相关，提示CHH甲基化在特定组织中可促进转录。进一步发现，RdDM途径相关基因在根中上调，说明该途径可能驱动根特异性CHH甲基化及表达调控。转座子区间的CHH甲基化在根也高于幼穗，表明其在组织特异性调控中作用突出。

图2. CHH甲基化在根启动子区整体高于幼穗，并与根特异性表达基因的转录相关。相比幼穗(YP)，根(RO)存在大量CHH高水平甲基化区间。

综上，本研究绘制了珍珠粟根/幼穗的全基因组表观遗传图谱，揭示了CHH甲基化及WRKY—染色质可及性—JA信号通路在根组织基因表达调控中的潜在功能，为珍珠粟分子育种及遗传改良提供了数据资源与参考。

福建农林大学生命科学学院已毕业博士研究生（现浙江大学博士后）罗琳、未来技术学院硕士研究生屈祺为论文的共同第一作者。福建农林大学朱方捷教授、肖嘉靖副教授为共同通讯作者，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省雏鹰计划青年拔尖人才项目、人社部高层次海外人才项目以及西藏自治区科技计划项目“高海拔寒旱地区菌草品种评价及应用示范”等项目的资助。感谢四川农业大学黄琳凯教授团队提供的珍珠粟种质资源。

本研究依托福建农林大学国家菌草工程技术研究中心（菌草中心）和未来技术学院海峡联合研究院代谢组研究中心开展，菌草技术由林占熺教授首创，现已传播至全球110国，为我国“一带一路”、“乡村振兴”等国家战略做出重要贡献。中心致力于菌草资源的研究、开发与应用，以菌草生态治理、生物质能源、食药用菌栽培、饲料化利用和纤维利用为重点，推动菌草技术在农牧业、生态修复、可再生能源与绿色材料等领域的广泛应用。作为国家创新发展和生态保护的典范，福建农林大学国家菌草工程技术研究中心始终以“发展菌草、造福人类”为宗旨，为全球绿色发展贡献中国智慧与方案！