文獻(xiàn)
2023
Nature Communications
Epigenetic modifications regulate cultivar-specific root development and metabolic adaptation to nitrogen availability in wheat
課題背景
（1）提高氮利用效率（NUE）已經(jīng)成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的迫切需求唁盏。NUE主要由兩個組成部分構(gòu)成：氮吸收效率（NUpE）和氮利用效率（NUtE）。NUpE涉及從土壤中獲取氮，而NUtE表示每單位獲得的氮所產(chǎn)生的產(chǎn)量贝椿。在氮素對冬小麥、大麥等作物的可利用性受限的情況下，研究表明與NUtE相比，NUpE在決定NUE方面更為重要酥诽。為了在低氮條件下提高NUE和谷物產(chǎn)量，必須增強(qiáng)氮的吸收皱埠，這主要受到硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白的調(diào)控肮帐。由于外部環(huán)境因素的影響，土壤中硝酸鹽的濃度可能會出現(xiàn)大幅波動边器，因此训枢，根系結(jié)構(gòu)在高效吸收硝酸鹽方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用托修。
（2）KN9204和J411是表現(xiàn)出在低氮條件下具有不同農(nóng)業(yè)性狀（如NUE、根系結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量等）的小麥栽培品種肮砾。利用這些材料诀黍，作者成功地鑒定了與NUE相關(guān)的若干數(shù)量性狀位點（QTLs）袋坑，涵蓋了根長仗处、根尖和谷物蛋白含量等因素。作者最近完成了KN9204的參考基因組的組裝枣宫，并鑒定了882個氮代謝基因婆誓。在KN9204和J411之間進(jìn)行的比較轉(zhuǎn)錄組分析顯示，在低氮限制條件下也颤，特別是在與產(chǎn)量相關(guān)的穗組織和在生殖發(fā)育期間的種子中洋幻，兩者呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)程序。先前的研究強(qiáng)調(diào)了根系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（RSA）對NUE的重要性翅娶，以及在KN9204和J411之間存在的RSA的顯著差異文留。然而，在KN9204和J411根部不同轉(zhuǎn)錄程序的調(diào)控機(jī)制尚不明確竭沫。
（3）表觀遺傳因子在調(diào)控營養(yǎng)吸收燥翅、新陳代謝以及植物對營養(yǎng)素可利用性的協(xié)同響應(yīng)中所起的關(guān)鍵作用。例如蜕提，SET DOMAIN GROUP 8基因通過在擬南芥中對H3K36me3的調(diào)控森书，以應(yīng)對氮水平的變化。類似地谎势，HISTONE DEACETYLASE 19基因負(fù)責(zé)調(diào)控根細(xì)胞的伸長凛膏，并在磷饑餓條件下通過調(diào)控磷穩(wěn)態(tài)基因的表達(dá)來調(diào)節(jié)擬南芥中的根部對磷的響應(yīng)。在水稻中脏榆，由NITROGEN-MEDIATED TILLER GROWTH RESPONSE 5招募的PRC2通過在分枝抑制基因上沉積H3K27me3來調(diào)控分蘗猖毫。此外，在AtNRT2.1位點的H3K27me3水平影響根部對硝酸鹽的吸收须喂，這一過程由HIGH NITROGEN INSENSITIVE 9和PRC2介導(dǎo)鄙麦。盡管在理解擬南芥和水稻等植物中表觀遺傳在營養(yǎng)吸收和代謝中的作用方面取得了進(jìn)展，但小麥中這些過程的共同調(diào)控及其對營養(yǎng)素可利用性的響應(yīng)仍然大部分未被探索镊折。
亮點
本研究中胯府，作者使用CUT&TAG技術(shù)，對兩個小麥品種KN9204和J411在不同氮素條件下的三種不同組織中的各種組蛋白修飾和組蛋白變異進(jìn)行分析恨胚。這份表觀遺傳圖譜為了解在低氮條件下這兩個小麥品種的染色質(zhì)景觀提供了全面的認(rèn)識骂因。KN9204和J411品種之間染色質(zhì)修飾水平的不同影響了氮代謝的偏倚，并有潛力以品種特異的方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)赃泡。此外寒波，作者發(fā)現(xiàn)通過化學(xué)抑制或基因突變來操縱H3K27ac和H3K27me3的表觀遺傳修飾模式可以顯著影響KN9204和J411的低氮適應(yīng)策略乘盼。
結(jié)論1?不同氮處理條件下特定組織的染色質(zhì)圖譜
Fig 1a-b
為了研究轉(zhuǎn)錄調(diào)控及表觀調(diào)控，作者對小麥品種KN9204和J411在正常氮（NN）和低氮（LN）條件下的根俄烁、抽穗葉和種子進(jìn)行了各種組蛋白修飾的CUT&TAG分析（Fig 1a）绸栅，與之前生成的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對應(yīng)。
Fig S1e
如預(yù)期一致页屠，H3K27ac和H3K4me3與高表達(dá)基因相關(guān)粹胯，而H3K27me3富集在低/非表達(dá)基因中。H3K4me3和H2A.Z對基因表達(dá)水平?jīng)]有顯示偏好（Fig S1e）辰企。超過一半的H3K9me3峰值位于轉(zhuǎn)座元件區(qū)域风纠。參與生物和非生物脅迫應(yīng)答的基因相對于發(fā)育和激素相關(guān)基因具有更高的H2A.Z水平。
作者使用ChromHMM軟件系統(tǒng)地定義了染色質(zhì)狀態(tài)（Fig 1b）牢贸。15種染色質(zhì)狀態(tài)（CS）可以分成五個主要類別竹观，包括啟動子（CS1-4）、轉(zhuǎn)錄（CS5-8）潜索、增強(qiáng)子（CS9-11）臭增、抑制性（CS12-14）和無信號（CS15），每種狀態(tài)具有不同的基因組覆蓋竹习、TE富集和基因表達(dá)水平（Fig 1b）誊抛。啟動子和增強(qiáng)子狀態(tài)都與H3K27ac、H3K4me3和H3K27me3相關(guān)由驹，但分別位于轉(zhuǎn)錄起始位點和基因間區(qū)域（Fig 1b）芍锚。抑制性狀態(tài)主要富集于H3K27me3，覆蓋了約10%的基因組蔓榄，而無信號狀態(tài)占據(jù)了基因組的主要部分（約83%）并炮。因此，在各種組蛋白修飾的背景下甥郑，基因組的有限部分（約7%）處在轉(zhuǎn)錄或參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控中（Fig 1b）逃魄。
Fig 1c-f
此外，作者想研究染色質(zhì)狀態(tài)改變?nèi)绾畏从承←溒贩N澜搅、組織類型和氮素條件之間的差異伍俘。例如，在KN9204中勉躺，與硝酸鹽在根中的攝取相關(guān)的基因（TaNRT2_3A）癌瘾、在葉中的同化相關(guān)的基因（TaNIA_6D）以及在種子中的氨基酸儲存相關(guān)的基因（TaPROT2_4D）在低氮條件下顯示出不同的染色質(zhì)狀態(tài)（Fig 1c）。作者發(fā)現(xiàn)饵溅，增強(qiáng)子（CS9-11）區(qū)域是不同品種之間變化最大的染色質(zhì)區(qū)域妨退，而啟動子（CS1-4）區(qū)域主要受氮素可用性的影響（Fig 1d）。
此外，作者計算了不同組蛋白修飾的變異系數(shù)咬荷，發(fā)現(xiàn)在不同氮素條件和小麥品種之間冠句，H3K27ac和H3K27me3表現(xiàn)出最高的變異系數(shù)（Fig 1e）。作者還觀察到幸乒，遠(yuǎn)端H3K27ac表現(xiàn)出品種特異性懦底，而啟動子H3K27ac表現(xiàn)出更大的組織特異性（Fig 1f）。對于H3K27me3罕扎，遠(yuǎn)端和啟動子峰均表現(xiàn)出品種特異性聚唐。因此，具有不同染色質(zhì)狀態(tài)的基因組區(qū)域受到小麥品種壳影、組織類型和氮素條件差異的影響拱层，特別是對于H3K27ac和H3K27me3修飾弥臼。
結(jié)論2?組蛋白修飾的變異導(dǎo)致了NMG的表達(dá)差異
Fig 2a-c
NMG對植物吸收和氮素利用至關(guān)重要宴咧，它包括編碼硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白（NPF、NRT2径缅、NAR2掺栅、CLC和SLAH）、硝酸鹽還原酶（NIA纳猪、NIR）氧卧、銨離子轉(zhuǎn)運蛋白以及氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白（APC家族成員）的基因，參與編碼銨離子同化的酶（GS氏堤、GOGAT沙绝、GDH、ASN鼠锈、AspAT）的基因闪檬、以及與氮代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。此前购笆，作者通過與短柄草粗悯、大麥、水稻同欠、高粱样傍、玉米和擬南芥進(jìn)行序列比對，共鑒定出小麥中的882個NMGs铺遂。
作者對KN9204和J411之間的NMGs進(jìn)行了DNA變異衫哥、啟動子區(qū)域中H3K27ac修飾以及轉(zhuǎn)錄水平的比較。結(jié)果顯示襟锐，約有25%的NMGs在KN9204和J411之間表現(xiàn)出差異表達(dá)撤逢，而只有大約5%的NMGs在調(diào)控區(qū)域（啟動子中的H3K27ac區(qū)域）具有DNA序列變異（Fig 2a）。KN9204和J411之間NMGs表達(dá)變化存在于不同的組織中的不同基因家族（Fig 2b）。例如笛质，在根部泉沾，相對于KN9204，在LN條件下J411中NRT2和NIA的表達(dá)水平都較高妇押，而在KN9204中NPF家族基因被激活跷究。此外，在旗葉中敲霍，KN9204中NIA基因上調(diào)俊马，而J411中沒有。然而肩杈，在種子中柴我，相對于J411，編碼NPF和GS的基因的相對表達(dá)在KN9204中更高扩然。
不同栽培品種中NMGs的偏倚表達(dá)不太可能受到它們調(diào)控區(qū)域內(nèi)DNA序列的變異影響艘儒，因為只有16個基因?qū)儆谶@種類型（Fig 2c）。相反夫偶，表現(xiàn)出偏倚表達(dá)的大多數(shù)NMGs都有H3K27ac（66.9%）和H3K27me3（45.6%）的差異峰（Fig 2c）界睁。
Fig 2d-f
在根中，NRT2家族在兩個栽培品種中在LN/NN條件下顯示出類似的H3K27ac和H3K27me3變化兵拢，但在J411中比在KN9204中更為顯著（Fig 2d）翻斟。例如，在TaNRT2_6A（TraesCS6A02G031000）位點说铃，對LN的響應(yīng)中访惜，兩個栽培品種中都發(fā)生了H3K27ac的增加和H3K27me3的減少，但在J411中更為顯著（Fig 2e）腻扇。這也與在J411中LN條件下TaNRT2_6A的誘導(dǎo)表達(dá)水平更高一致（Fig 2e）债热。參與從根部向莖的硝酸鹽轉(zhuǎn)運的TaNPF2.3在KN9204中通過減少H3K27me3而被激活，在J411中伴隨著H3K27ac的顯著減少（Fig 2d）衙解。一致地阳柔，TaNPF2.3_7B在LN/NN條件下在KN9204中增加，而在J411中減少（Fig 2e）蚓峦。此外舌剂，在LN條件下相對于NN條件下，KN9204的莖部硝酸鹽含量高于J411（Fig 2f）暑椰』糇總的來說，H3K27ac和H3K27me3的差異與NMGs的表達(dá)偏倚相關(guān)一汽，導(dǎo)致了KN9204和J411中不同的氮代謝過程避消。
結(jié)論3?品種特異的H3K27ac通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響氮利用效率
Fig 3a-c
鑒于H3K27ac在調(diào)節(jié)LN/NN條件下不同組織和栽培品種中NMGs染色質(zhì)狀態(tài)和表達(dá)模式的重要性低滩，作者擴(kuò)展到利用K均值聚類來識別品種特異的H3K27ac區(qū)域（Fig 3a）⊙遗纾總體而言恕沫，與所有H3K27ac峰相比，品種特異的H3K27ac峰主要在基因遠(yuǎn)端區(qū)域富集纱意，而在啟動子和基因區(qū)域中缺乏（Fig 3b）。
作者對KN9204中特異性的遠(yuǎn)端H3K27ac調(diào)控基因做了GO功能富集分析偷霉，發(fā)現(xiàn)主要富集于細(xì)胞壁合成、原木質(zhì)部發(fā)育和養(yǎng)分儲備等方面类少。其中，一些已知的用于將養(yǎng)分運輸?shù)角o部的基因硫狞，如VASCULAR RELATED NAC-DOMAIN PROTEIN 7 (TaVND7) ，XYLOGLUCAN ENDO-TRANSGLUCOSYLASE/HYDROLASE25(TaXTH25) 妓忍。在J411特異的遠(yuǎn)端H3K27ac的靶基因中沒有富集任何顯著的GO term（Fig 3c）世剖。
Fig 3d-e
此外，作者研究了品種特異的遠(yuǎn)端H3K27ac區(qū)域?qū)N9204-J411種群的QTL內(nèi)的差異表達(dá)基因的影響旁瘫。與啟動子區(qū)域內(nèi)的DNA序列變異相比，品種特異的遠(yuǎn)端H3K27ac區(qū)域與與氮吸收（Nup）酬凳、氮濃度（Nct）、最大根長（MRL）和谷物蛋白質(zhì)含量（GPC）等性狀相關(guān)的QTL區(qū)域內(nèi)的DEGs表現(xiàn)出更為強(qiáng)大的相關(guān)性宁仔。由KN9204特異的H3K27ac峰主導(dǎo)的靶基因在與NUE相關(guān)的性狀主導(dǎo)的QTL中顯著富集，這些優(yōu)質(zhì)基因決定因子來自KN9204（圖3d）翎苫。相反，受J411特異H3K27ac區(qū)域影響的基因在與葉片大小相關(guān)的QTL中富集（Fig 3d）煎谍。例如，在眾所周知的qMRL-7B位點內(nèi)呐粘，總共鑒定出69個DEGs，其中僅有九個基因在其啟動子區(qū)域存在DNA序列變異作岖。相反，有34個基因存在品種特異的遠(yuǎn)端H3K27ac peak痘儡。
作者觀察到TraesCS7B02G317800和TraesCS7B02G326900兩個已知的根發(fā)育調(diào)節(jié)因子在KN9204中表現(xiàn)出顯著升高的表達(dá)水平。這種表達(dá)上調(diào)與KN9204特異的H3K27ac遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)域的存在相關(guān)（Fig 3e）谤辜。
Fig 3f
此外蓄坏，作者還通過熒光素酶報告基因?qū)嶒灒_定了這些品種特異性的調(diào)控區(qū)域的功能潛力（Fig 3f）丑念。然而涡戳，由于小麥中精確的3D基因組數(shù)據(jù)有限，充分理解這些遠(yuǎn)端區(qū)域的調(diào)控功能存在很大挑戰(zhàn)脯倚。
結(jié)論4?LN誘導(dǎo)的H3K27ac變化影響了KN9204和J411中差異適應(yīng)性
Fig 4a
作者進(jìn)一步研究了LN誘導(dǎo)的H3K27ac動態(tài)在導(dǎo)致KN9204和J411之間差異適應(yīng)性中的作用渔彰。在LN/NN條件下，KN9204和J411在不同組織中顯示出不同的H3K27ac動態(tài)模式推正。在根部恍涂，KN9204的H3K27ac水平變化較為微弱，但在旗葉和種子中變化更為顯著植榕。而J411在根部表現(xiàn)出明顯的降低和相對較低的增加再沧，而在地上組織中變化較小。作者發(fā)現(xiàn)H3K27ac的動態(tài)變化導(dǎo)致了KN9204和J411在根部對LN產(chǎn)生不同的響應(yīng)（Fig 4a）尊残。在J411中炒瘸，近端區(qū)域（啟動子和基因區(qū)域）中H3K27ac的喪失導(dǎo)致了在LN/NN條件下，功能富集于生長素穩(wěn)態(tài)寝衫、細(xì)胞分裂素代謝和激素信號的基因下調(diào)（Fig 4a）顷扩。H3K27ac的增加與激活負(fù)責(zé)硝酸鹽吸收、轉(zhuǎn)運和同化的基因有關(guān)慰毅，包括TaNRT2和TaNIA（Fig 4a）隘截。相反，在KN9204的根部汹胃，H3K27ac的增加激活了參與細(xì)胞分裂素生物合成婶芭、生長素極性轉(zhuǎn)運、碳水化合物和有機(jī)陽離子的轉(zhuǎn)運蛋白的基因统台，如DWARF27（TaD27）雕擂、PIN-LIKES 7（TaPILS7）和LONELY GUY 4（TaLOG4）（Fig 4a），這些基因在LN條件下促進(jìn)了根的生長贱勃。
Fig 4b-c
在KN9204中H3K27ac的喪失導(dǎo)致了參與磷酸離子運輸?shù)幕虻南抡{(diào)谤逼。一致地仇穗，與KN9204相比，J411的根系對LN的響應(yīng)較低枝冀，表現(xiàn)為LN條件下根尖更多耘子、根直徑更大（Fig 4b，c）绒障。這最終導(dǎo)致了KN9204的根表面積增加和總根體積更大捍歪。因此，對LN的動態(tài)H3K27ac變化在KN9204中更傾向于增強(qiáng)根的生長庐镐，而在J411的根中則更加強(qiáng)了氮吸收系統(tǒng)变逃。在KN9204的旗葉中，與蔗糖代謝和木質(zhì)部發(fā)育相關(guān)的基因中發(fā)現(xiàn)了H3K27ac的增加末患。在種子中锤窑，動態(tài)的H3K27ac變化對兩個栽培品種的基因表達(dá)幾乎沒有影響渊啰。
Fig 4d
在LN/NN條件下觀察到的KN9204和J411根形態(tài)變化是否歸因于品種特異的H3K27ac變化呢绘证？
為了解決這個問題哗讥，作者使用水培系統(tǒng)測試了TSA對小麥幼苗H3K27ac模式的影響，TSA是一種非特異性的I和II類組蛋白去乙跷嚎恚化酶抑制劑腐泻。TSA處理在NN條件下抑制了根的生長派桩。在轉(zhuǎn)錄水平上蚌斩，應(yīng)激應(yīng)答相關(guān)基因在TSA處理后上調(diào)。相反员魏，與根發(fā)育有關(guān)的基因叠聋，參與赤霉素生物合成的基因被下調(diào)，導(dǎo)致根的生長受抑制闻书。在表型上脑慧，KN9204在TSA處理組和未處理組中均在LN條件下誘導(dǎo)了根的生長闷袒，相比NN條件，增加了根尖數(shù)量（Fig 4d）囊骤。相反，如預(yù)期的那樣宫屠，J411在模擬條件下并未顯示LN誘導(dǎo)的根生長浪蹂。然而，在與TSA處理結(jié)合時坤次，J411顯示出側(cè)根尖數(shù)量顯著增加（Fig 4d）缰猴。
Fig 4e-f
此外疤剑，作者在J411中確定了一些基因闷堡，LN條件下H3K27ac減少在TSA處理下得到有效抵消（Fig 4e）缚窿。這些基因是根發(fā)育過程中的重要組成部分（Fig 4f）焰扳，在LN條件下上調(diào)表達(dá)。這個結(jié)果強(qiáng)調(diào)了TSA處理如何恢復(fù)這些基因的更高表達(dá)水平扫茅，從而促進(jìn)J411在LN條件下的根生長育瓜。總之恋脚，TSA處理在緩解J411中大量LN誘導(dǎo)的H3K27ac喪失方面起到了重要作用焰手，最終恢復(fù)了J411對LN條件的根生長響應(yīng)。
結(jié)論5?H3K27me3在LN條件下塑造了KN9204和J411中不同的根發(fā)育程序
Fig 5a-b
在KN9204和J411中船响，H3K27me3在旗葉中發(fā)生了細(xì)微的變化躲履，在根中存在大量差異，但在種子中基本無差異米诉。K均值聚類進(jìn)一步確定了在KN9204和J411的低氮條件下根中存在不同類別的動態(tài)H3K27me3區(qū)域（Fig 5a）荒辕。
在根部，與KN9204相比，J411的H3K27me3發(fā)生了顯著的變化（Fig 5a）叠骑。此外削茁，在J411中掉房，與LN誘導(dǎo)的H3K27me3增加相關(guān)的基因（Fig 5a中的C4慰丛、C5和C7）與J411中的下調(diào)基因顯著重疊（Fig 5b）。
Fig 5c-e
這些基因在根生長相關(guān)的過程中富集哪亿，包括生長素生物合成蝇棉、細(xì)胞分化調(diào)控和根形態(tài)發(fā)生（Fig 5d）芥永。例如，在J411中板辽，參與根發(fā)育的Mob1-like 轉(zhuǎn)錄因子在LN條件下H3K27me3增加棘催，表達(dá)水平降低，而在KN9204中沒有顯著變化（Fig 5c）瓶您。相反纲仍，在KN9204中的H3K27me3增加僅與24個LN下調(diào)基因重疊，暗示LN誘導(dǎo)的H3K27me3的增加可能主要減少J411中的根生長過程夜赵，但在KN9204中不太明顯乡革。KN9204和J411中的H3K27me3丟失與在LN條件下基因表達(dá)增加的基因有顯著的重疊（Fig 5b）。在J411中嘁傀，與亞硝酸鹽響應(yīng)视粮、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)運和硝酸鹽同化有關(guān)的基因富集，而在KN9204中笑撞，與硝酸鹽轉(zhuǎn)運、SL和GA生物合成過程以及原始細(xì)胞壁生物合成相關(guān)的基因富集（Fig 5d）茴肥。例如，在J411和KN9204中瞬铸，TaNRT3.1_4A和ENT-KAURENOIC ACID HYDROXYLASE 2（TaKAO2_4A）的表達(dá)在減少的H3K27me3下分別被激活（Fig 5c）芬首。因此，在KN9204中郁稍，根部H3K27me3的減少傾向于激活根生長。相反恢着，在J411中财破，H3K27me3的喪失激活了亞硝酸鹽的攝取和代謝。在種子中靡羡，KN9204的H3K27me3的增加或丟失并沒有導(dǎo)致整體基因表達(dá)太大變化俊性。J411中H3K27me3的增加也是如此。然而趟薄，H3K27me3的丟失在J411中引發(fā)了大量基因表達(dá)的上調(diào)典徊，盡管沒有特定的GO term 富集。
植物中H3K27me3的沉積主要依賴于PRC2羡铲。為了深入了解塑造KN9204和J411中H3K27me3差異的原因儡毕，作者進(jìn)行了深入的motif掃描和富集分析。該分析揭示了在KN9204和J411的特定動態(tài)H3K27me3區(qū)域內(nèi)特定基序的出現(xiàn)存在某種差異贾费，特別是“CGCCGCC”基序（占50%）和“GAGAGA”重復(fù)（占12.9%）（Fig 5e）檐盟。值得注意的是，這些motif也存在于擬南芥中的Polycomb響應(yīng)元件（PRE）片段中导犹。
Fig 5f-g
基于其他物種中TF-DNA識別的情況谎痢，作者選擇了ERF DOMAIN PROTEIN 9（TaERF9_5B/TaERF9_5D）和BASIC PENTACYSTEINE 1（TaBPC1_4A）作為可能招募PRC2的潛在基因進(jìn)行驗證。有趣的是节猿，TaERF9在KN9204和J411對LN條件的響應(yīng)中顯示出不同的表達(dá)模式漫雕，特別是在LN條件下，在KN9204中被更高程度地誘導(dǎo)太雨。另一方面魁蒜，在LN條件下，與KN9204相比锥咸，TaBPC1在J411中表達(dá)水平更高铣减。
此外，作者在TaERF9_5A的外顯子內(nèi)鑒定到一個SNP缔刹，該SNP導(dǎo)致了KN9204和J411之間的氨基酸替代（Lys-Glu）劣针。通過酵母雙雜交和雙分子熒光互補(bǔ)實驗，作者驗證了TaERF9_5B/TaERF9_5D（AP2/ERF家族）能夠與TaEMF2和TaSWN（PRC2的亞基）互作（Fig 5f-g）鸟廓。重要的是，作者發(fā)現(xiàn)TaBPC1_4A能夠與TaSWN互作（Fig 5f-g）牍陌，與之前在擬南芥中的研究一致。因此毒涧，不同的轉(zhuǎn)錄因子可能介導(dǎo)了KN9204和J411之間LN誘導(dǎo)的不同H3K27me3變化贝室，從而導(dǎo)致不同的根部響應(yīng)。
結(jié)論6?改變H3K27me3可以調(diào)節(jié)根的發(fā)育和低氮條件下對硝酸鹽的攝取
Fig 6a-g
作者驗證了H3K27me3是否在低氮條件下對根的發(fā)育起關(guān)鍵作用捡偏。在小麥中银伟，作者鑒定到9個編碼H3K27me3甲基轉(zhuǎn)移酶（三個三聯(lián)體）凉当，在不同氮濃度下在根中呈現(xiàn)出不同的表達(dá)模式≈姨伲考慮到在根中TaSWN的高表達(dá)以及KN9204和J411的有限的遺傳轉(zhuǎn)化效率楼雹，作者使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)在易于轉(zhuǎn)化的“Bobwhite”背景中創(chuàng)造了SWINGER（TaSWN，TraesC-S4A02G121300贮缅，TraesCS4B02G181400和TraesCS4D02G184600）的敲除突變體。
轉(zhuǎn)基因小麥的測序鑒定了一個Taswn-cr純合系列块茁，其在TaSWN的所有三個亞基因拷貝中都有移碼突變桂肌。然后，作者使用CUT&TAG比較了Taswn-cr和BW中全基因組的H3K27me3模式佩耳。與BW相比谭跨，Taswn-cr的H3K27me3峰值數(shù)和長度顯著減少李滴。同樣所坯，與BW相比裕坊，Taswn-cr上編碼基因上的H3K27me3的強(qiáng)度減少。因此，TaSWN確實是小麥中某些基因組區(qū)域的H3K27me3的writer苗缩。
隨后，作者繪制了BW和Taswn-cr的H3K27me3模式酱讶，以了解TaSWN在低氮條件下如何影響它們。K均值聚類確定了在BW和Taswn-cr中渊迁，在NN或LN條件下灶挟，不同類別的動態(tài)H3K27me3區(qū)域（Fig 6a）。值得注意的是箱叁，動態(tài)的H3K27me3峰主要位于遠(yuǎn)端區(qū)域惕医，尤其是對于C1、C3螟够、C6和C7峡钓。C1、C2给郊、C6和C8在Taswn-cr中在NN或LN條件下相對于BW顯示了減少的H3K27me3，表明是TaSWN依賴的方式（Fig 6a）淆九。
此外，作者還發(fā)現(xiàn)炭庙，KN9204或J411中約有18%-23%的LN誘導(dǎo)的H3K27me3峰受到了TaSWN的影響（Fig 6b）。與KN9204（n=155）相比逾雄，J411中受TaSWN影響的基因更多（n=1463）腻脏，表明H3K27me3調(diào)控在J411中更為顯著（Fig 6c）。此外做鹰，作者發(fā)現(xiàn)在J411中由TaSWN驅(qū)動的H3K27me3變化的特定基因組鼎姐，是在LN/NN條件下發(fā)生的（Fig 6d）。對于一些基因（G4和G5）饭尝，TaSWN可能直接添加H3K27me3献宫，而其他基因（G2和G3）在Taswn-cr中展現(xiàn)出LN誘導(dǎo)的去甲基化，尤其是writer喪失的情況下遵蚜。
在Taswn-cr中，G1基因在NN條件下H3K27me3較高睡汹，但在LN條件下顯著下降寂殉，原因未知（圖6d）。這些基因在根的發(fā)育中起著作用彤叉，影響生長素運輸村怪、干細(xì)胞發(fā)育以及根構(gòu)建的轉(zhuǎn)錄因子等方面（Fig 6d-e）。此外柬焕，在Taswn-cr中，所有基因子集在LN/NN條件下均表現(xiàn)出升高的表達(dá)斑举，而在BW中沒有變化，與H3K27me3的減少一致（Fig 6f）富玷。相反，在Taswn-cr中雀鹃，LN/NN條件下的H3K27ac變化主要影響細(xì)胞骨架過程铲敛，并沒有直接影響根的發(fā)育。這些發(fā)現(xiàn)表明，在J411中迁酸，TaSWN對H3K27me3的影響在一定程度上阻礙了低氮條件下的根生長。
Fig 6h-j
因此焙畔，作者推測Taswn-cr植株的根生長對低氮的響應(yīng)可能比BW更敏感串远。事實上，作者發(fā)現(xiàn)在低氮條件下伸但，與 BW 相比留搔，Taswn-cr 的根更為發(fā)達(dá)，具體體現(xiàn)在總根長和根尖數(shù)量上（Fig 6g-h）隔显。此外，在Taswn-cr 中彪标，對低氮的響應(yīng)中 NRT2 表達(dá)的相對水平低于 BW（Fig 6i）掷豺，與根更為發(fā)達(dá)的 KN9204 品種相似（Fig 6i）薄声。一致地彬碱，通過在低氮條件下進(jìn)行的15N攝取實驗測得的硝酸鹽攝取速率在BW中更高，與J411和KN9204的趨勢相似（Fig 6j）。
在BW和Taswn-cr之間對根形態(tài)變化档叔、硝酸鹽攝取速率以及對低氮的轉(zhuǎn)錄譜的比較表明，H3K27me3在平衡低氮條件下的根生長和氮代謝中起著重要的作用铃肯。改變H3K27me3可能影響小麥品種在顯著增加根生長和顯著強(qiáng)化氮吸收系統(tǒng)之間做出決策传蹈，以適應(yīng)低氮環(huán)境。
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