小麥(triticum aestivum l.）是我國重要的糧食作物之一。在農業生產中，土壤氮含量是制約作物生產的關鍵因素，農作物的收穫與氮肥的充分利用密切相關。 然而，過量施用氮會導致嚴重的環境問題。 因此，提高小麥氮素利用效率，實現綠色增產是現代農業發展的迫切需要。 根系形態對小麥氮素吸收效率有較大影響，但對低氮環境下小麥根系可塑性發育的調控機制，尤其是表觀遺傳修飾介導的轉錄調控機制仍缺乏研究。 近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所肖軍研究小組和合作者在nature communications發表了一篇題為epigenetic modifications regulate cultivar-specific root development and metabolic adaptation to nitrogen **ailability in wheat揭示了不同小麥品種低氮適應性的明顯調控機制。 
本研究以低氮（LN）下不同生長條件的小麥品種Kenong 9204（KN9204）和Jing 411（J411）為研究物件，分別在常氮（NN）和LN條件下繪製了這兩個品種3個組織（根、旗葉和種子）的多重組蛋白修飾圖譜。 結果表明，KN9204與J411之間遠端H3K27AC調控區表現出明顯的品種特異性，且形態相關性狀數量性狀位點（QTL）顯著富集，遠端H3K27AC調控區可能參與根系形態相關基因的調控，導致品種間基因表達差異。 在LN環境下，KN9204和J411根系的H3K27AC和H3K27Me3呈現出不同的趨勢。 兩個品種間氮代謝的差異與氮代謝相關基因的差異表達有關，後者受KN9204和J411不同染色質修飾狀態的影響大於DNA序列變異的影響。 此外，LN下KN9204特異性H3K27AC的上調促進了根系的大形態變化。 J411中H3K27AC特異性上調和H3K27Me3特異性下調促進了高親和力硝酸轉運蛋白（NRT2）基因的高表達。 轉錄因子ERF9和BPC1在LN下表現出不同的誘導程度，分別與H3K27Me3甲基轉移酶PRC2相互作用，參與H3K27Me3的動態變化。 用脫乙醯酶抑制劑TSA處理並敲除H3K27Me3甲基轉移酶組分Taswn，可以改變小麥在低氮環境下的適應策略，即促進根系發育或大大上調NRT2家族基因的表達水平。 結果表明，環境營養狀態調控作物生長發育的表觀遺傳修飾為後續高效氮素利用小麥新品種的培育提供了遺傳編輯位點。
表觀遺傳學調控不同小麥品種低氮適應的作用方式。
畢業於肖軍課題組，獲博士學位張昊該文第一作者，河北師範大學博士生金志遠， 魯東大學崔發中國科學院遺傳與發育研究所研究員、研究員趙龍博士，張靜博士和博士候選人張曉宇陳金超， 中國科學院遺傳與發育研究所農業資源研究中心李妍妍博士也參與了這項研究。 肖軍河北師範大學研究員李俊明中國科學院遺傳與發育研究所研究員凌洪清研究者是共同通訊作者。 中國科學院遺傳與發育研究所高彩霞研究員傅向東研究員童一平中國科學院遺傳與發展研究所農業資源研究中心研究員王磊南京農業大學研究員張文麗教授們參與了該項目的指導和幫助。 該研究得到了國家重點研發計畫、國家自然科學和中國科學院戰略性試點專案的支援。
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